КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-21-00845

НазваниеНовые подходы к формированию роевого интеллекта для управления движением группы малых спутников

РуководительИванов Данил Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2023 г.

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-318 - Движение тел в космическом пространстве, жидких и газовых средах

Ключевые словамалые космические аппараты, распределенная система, управление движением, роевой интеллект

Код ГРНТИ89.23.00

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Миниатюризация космических аппаратов привела к изменению парадигмы построения космических систем. Группа легких близколетящих околоземных спутников во многих миссиях превосходит по своим характеристикам одиночные массивные космические аппараты. Взрывной рост числа запускаемых и планируемых к запуску аппаратов в рамках одной миссии приводит к необходимости рассмотрения не отдельных элементов системы, а всего ансамбля элементов в целом. Для выполнения задач миссии требуется организация относительного движения всех аппаратов группы, число которых может достигать сотен и даже тысяч. Вследствие огромного числа элементов системы управление движением может осуществляться только автономно и на основе информации об относительном движении только ближайших аппаратов-соседей. При управлении такими многоэлементными космическими системами возникает ряд новых задач. Первое, требуется разработка инструментария для автономного принятия решения о выборе требуемого режима управления каждого элемента группы в условиях неполной информации. При этом цели движения отдельного аппарата можно выделить как индивидуальные (уклонение от столкновения, заряд батареи, заправка и др.), и групповые (выполнение основных задач миссии). Второе, при рассмотрении группы разнородных аппаратов, способных выполнять индивидуальные функции (связь с наземной станцией, получение энергии, дозаправка, проведение измерений и т.п.) необходимо создать методику осуществления автономной «логистики» относительного движения и взаимодействия между элементами группы для выполнения задач миссии. И главное, требуется выработка подходов к изучению эффективности работы таких космических систем при использовании тех или иных подходов к управлению относительным движением. Эти задачи являются на настоящий момент нерешенными, однако они неизбежно возникают для осуществления миссий с использованием групп аппаратов, таких как автономное строительство космических орбитальных станций, сервисное обслуживание созвездий уже запущенных аппаратов, увод космического мусора группой аппаратов, сбор и передача электрической энергии с низких околоземных орбит с помощью распределенных в пространстве солнечных панелей и множества других околоземных задач. В рамках настоящего проекта будут разработаны подходы для решения вышеописанных проблем, возникающих при создании алгоритмов управления относительным движением группы спутников как единого целого. Будет изучена возможность моделирования такой технической системы с использованием результатов исследования работы биологических распределенных систем с учетом ограниченных коммуникационных возможностей между элементами. Для выбора режима относительного движения возможно использование результатов локальной оптимизации с заданными весами выполнения локальных и групповых целей с учетом ограничения бортовых вычислительных ресурсов. Будет изучена возможность применения методов, аналогичным методам машинного обучения с подкреплением, но с распределенным обучением индивидуальных элементов системы с общим функционалом подкрепления. Разработанные подходы предполагается применить к миссиям группового полета с конкретными задачами – построение космической станции, увод космического мусора и сервисное обслуживание. Новые алгоритмы будут исследованы как с помощью математического моделирования, так и экспериментально на лабораторном стенде в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. Коллектив предлагаемого проекта состоит из 4-х участников: руководитель к.ф.-м.н., доцент, лауреат Премии Правительства Москвы, два аспиранта и студент-магистрант. У коллектива есть задел в виде совместных работ по динамике и управлению движением группы аппаратов. С 2016 года у коллектива есть 42 публикации в изданиях, индексируемых в WoS/Scopus, в том числе 9 статей в журналах с квартилем Q1.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны новые подходы к автономному управлению движением группы аппаратов с учетом ограничений по вычислительной мощности бортового компьютера, особенностей взаимодействия и обмена информацией между элементами в группе. Новые подходы позволят решить проблему создания распределенных космических систем, что даст новый инструментарий для реализации с помощью групповых полетов малых спутников важных задач в околоземном пространстве: автономное строительство космических орбитальных станций, сервисное обслуживание созвездий уже запущенных аппаратов, увод космического мусора группой аппаратов, сбор и передача электрической энергии с низких околоземных орбит с помощью распределенных в пространстве солнечных панелей и др.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---