Реєстраційний номер
0216U007057,
0111U001438
, Науково-дослідна робота
Назва роботи
Дослідження проблем активного та пасивного керування рухом перспективних космічних конструкцій
Назва етапу роботи
Керівник роботи
Алпатов Анатолій Петрович, Доктор технічних наук
Дата реєстрації
23-03-2016
Організація виконавець
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Опис етапу
Об'єкт дослідження - перспективні космічні конструкції різного призначення: космічні апарати, включаючи великогабаритні космічні конструкції; космічні маніпуляційні механізми; системи відведення відпрацьованих космічних апаратів з робочих орбіт. Мета дослідження - розробка та аналіз застосування можливих варіантів синтезу керування рухом перспективних космічних конструкцій, запобігання створенню космічного сміття в навколоземному космічному просторі. Методи: інформаційно-аналітичний, чисельного рішення диференціальних рівнянь, інтерполяції, математичного моделювання, комп'ютерного моделювання, теоретичної механіки. Отримані результати: розроблено математичну модель кутового руху конструкції сонячної космічної електростанції, яка відноситься до класу великих космічних конструкцій. Запропоновано розрахункову схему даного класу нелінійних об'єктів керування, що дозволяє поширити отримані результати на конструкції різних конфігурацій. Синтезовано закон керування орієнтацією електростанції. Запропоновано методики синтезу робастного спостерігача розширеного вектора стану для замкнутого контуру комбінованої системи керування та редукції розмірності регуляторів з використанням частотно-зваженої оптимальної апроксимації Ганкеля. Синтезовано алгоритми керування наведенням елементів конструкції на Сонце і ректенну. Використання спостерігача для вектора стану дозволило розділити модель процесу наведення на дві незалежні підсистеми. Показано, що енерговитрати на керування орієнтацією геостаціонарних електростанцій при орієнтуванні платформи на Землю на порядок менше, ніж на Сонце. Сформульовано актуальні задачі динаміки космічних маніпуляційних систем, серед них задачі управління при виконанні операцій: транспортних; контактних, коли є взаємодія схвата з основою; захоплення об'єкта, що вільно рухається. Розроблено розрахункові схеми, комп'ютерно-орієнтовані та математичні моделі динаміки розглянутих систем, які дозволяють використовувати їх як для вибору проектних параметрів систем, так і дослідження робочих операцій. Виділено клас систем взаємного позиціонування космічного апарату і корисного навантаження. Для даного класу систем розроблено модельну задачу, в якій для аналізу досліджуваних процесів виділені найбільш істотні елементи, що дозволило виявити особливості динаміки розглянутих систем. Для систем з паралельним механізмом розроблено модельну задачу для дослідження коливальних процесів у механізмі з урахуванням рухливості основи в інерціальному просторі. Розроблено критерій ефективності використання систем відведення космічних апаратів з робочих орбіт, придатний для порівняння систем відведення різних типів. Розроблено математичну модель впливу факторів космічного простору на роботу систем відведення. Запропоновано методику оцінювання ефективності систем відведення та проведено оцінку ефективності використання різних типів систем, визначено межі їх застосовності. Проведено аналіз напрямків розвитку методів комп'ютерного моделювання динаміки деформівних твердих тіл і їх програмної реалізації. Виділено ряд перспективних методів розв'язання задач динаміки даного класу систем, зокрема, метод матеріальних точок. При виконанні теми метод матеріальних точок отримав розвиток відносно оцінювання просторових і часових помилок для ряду його варіантів, та методики побудови динамічної розрахункової сітки. Розроблено структуру та модулі розрахункової програми, що реалізує метод, виконано тестові розрахунки, вироблено рекомендації з використання методу в розрахунках динаміки систем розглянутого класу. Запропоновані алгоритми керування, моделі динаміки, методи дослідження та методики визначення параметрів можуть мати важливе значення для розробки перспективних проектів космічної галузі України. Результати досліджень використовувалися в ДП "КБ "Південне" при розробці перспективних варіантів космічних апаратів. Галузь застосування результатів - механіка великих космічних конструкцій, динаміка космічних маніпуляційних систем, проблема відведення космічних апаратів з робочих орбіт.
Опис продукції
Розроблено розрахункові схеми та математичні моделі динаміки перспективних космічних конструкцій як об'єктів керування, зокрема сонячної космічної електростанції, космічних маніпуляційних систем, перспективних космічних апаратів та систем, що відносяться до класу систем взаємного позиціонування космічного апарата та корисного навантаження. Запропоновано методики синтезу та алгоритми керування орієнтацією перспективних космічних конструкцій. Розроблено методики та критерії ефективності систем відведення відпрацьованих космічних апаратів з робочих орбіт. Запропоновано методики розрахунку параметрів перспективних методів комп’ютерного моделювання динаміки просторово-розвинених механічних систем. Отримані результати досліджень дозволять вирішити проблеми пасивного та активного керування рухом перспективних космічних конструкцій та можуть бути рекомендовані для використання при проведенні прикладних досліджень, спрямованих на створення перспективних великогабаритних космічних конструкцій, перспективних косміч
Автори роботи
Авдєєв А.
Алпатов А.
Артамонов А.
Білоножко П.
Байдала В.
Бражнікова Г.
Бранзинський В.
Візер Т.
Вітушкін А.
Волошенюк О.Л.
Гребьонкін Ф.
Григор'єв С.
Демидов С.
Карапетян А.
Кравченко О.
Лавриненко Н.
Ломакін І.
Мала В.
Манилюк О.
Марченко О.
Маслова А.
Меньков Є.В.
Мозолєв В.
Піроженко О.
Палій О.
Сєнькін В.ст. наук. співроб..
Савчук О.
Сазіна Н.
Саричев О.
Стацюра Л.
Тарасов С.
Тарасов Ю.
Федякіна Н.
Фоков О.
Хорошилов С.
Храмов Д.
Ящук О.
Додано/оновлено в НРАТ
2020-04-02
