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 22-79-10112

НазваниеРазработка систем управления и энергоснабжения устройств корректировки формы рефлектора крупногабаритных трансформируемых космических конструкций с использованием активной части сетеполотна, позволяющих минимизировать энергетические затраты

РуководительМитин Фёдор Васильевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-604 - Проблемы теории управления техническими системами

Ключевые словаКрупногабаритный трансформируемый рефлектор, оптимальное управление, алгоритм, корректировка формы радиоотражающей поверхности, исполнительное устройство, математическое моделирование, минимизация энергетических затрат.

Код ГРНТИ89.25.21

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Рассматривается задача разработки системы активного регулирования формы радиоотражающего сетеполотна крупногабаритных трансформируемых космических конструкций, обеспеченного применением исполнительных устройств, реализующих решение задачи в режиме реального времени на всем периоде эксплуатации системы, при учёте внешних возмущающих факторов (оказываемых на конструкцию антенны в процессе её эксплуатации), ограничений по массе и точности. Развитие современных телекоммуникационных систем задает вектор совершенствования космических спутниковых систем связи, позволяющих с высокой точностью принимать и передавать информационные сигналы. Наилучшие характеристики информационного канала могут обеспечить рефлекторы с апертурой до 50 м и более. Одни из наиболее перспективных конструкций таких антенн подразумевают раскрывающийся каркас зонтичного типа с радиоотражающим сетеполотном. Однако, подобного рода конструкции при работе могут быть подвержены температурным деформациям и отклонениям радиоотражающего сетеполотна от требуемой формы, что, как следствие, приводит к ухудшению характеристик канала связи. Разработка централизованной системы управления формой фронтальной сети и организация оптимального энергоснабжения актуаторов, располагаемых под радиоотражающим сетеполотном, позволят удовлетворить требования по качеству и надежности передаваемого сигнала. Проектирование и изготовление подобных систем является одним из перспективных направлений в космической отрасли при производстве рефлекторов. Для обеспечения поддержания заданной формы крупногабаритного рефлектора космического базирования с минимизацией затрат электроэнергии предлагается использовать алгоритм коррекции параметров структуры управления, позволяющий в режиме реального времени решать задачу оптимального управления. Проработанный авторами проекта для решения поставленной задачи алгоритм оптимальной коррекции параметров структуры управления способен выполнять поточечную настройку фасеты (фрагмента рефлектора) в детерминированной постановке. Однако, также важной является задача возможности применения алгоритма и при воздействии внешних возмущений. Отдельной проблемой также является поддержание формы при одновременном управлении несколькими исполнительными устройствами и оценивание разности хода в пространстве устройств актуации. Разработка алгоритмов синтеза оптимального управления в реальном времени при наличии ограничений, накладываемых на вектора состояния и управления, является актуальной научно-технической проблемой. Чтобы обеспечить оптимальное управление, необходимо в реальном времени получать данные о параметрах движения. Использование прогнозирующей модели для расчёта оптимальной траектории становится особенно актуальным, поскольку позволяет сократить вычислительные затраты при управлении, в том числе при сокращении объёма данных о текущем положении. Решение задач оптимизации сложных систем по классическим критериям оптимальности, в частности, с использованием прогнозирующих моделей, на сегодняшний день не имеет широкого применения. Это объясняется отсутствием чётких методик и рекомендаций к реализации численных методов решения, а также нарастающей сложностью решения при увеличении порядка рассматриваемых систем. При управлении в космическом пространстве, одной из важных проблем является проблема энергоэффективности, так как запас энергии на рефлекторе ограничен, необходимо минимизировать энергетические затраты на управление. Запланирован широкий спектр работ, базирующийся на создании структур устройств корректировки формы рефлектора и синтезе системы управления при стохастической постановке задачи. Существующие способы управления радиоотражающей поверхностью рефлектора предполагают управление каждой точкой корректировки формы рефлектора с помощью отдельного исполнительного устройства. Учитывая, что количество таких точек может достигать нескольких сотен на крупных рефлекторах, применение такого способа не является оптимальным и ведет к дополнительным массогабаритным затратам. Предлагается разработка конструкции устройства актуации, расположенного на спице рефлектора и способного к управлению переключением вектора усилия между несколькими отдельными точками корректировки формы. Данное устройство является переключаемым редуктором с программным управлением. Применение такого подхода позволит снизить массогабаритные характеристики всей системы. Энергоснабжение актуаторов, а также прием–передача информационного сигнала в настоящий момент реализовывается с помощью проводов и кабелей, или посредством работы открытого оптического канала в виде направленного лазерного излучения. Однако, применение первого способа ведет к избыточному увеличению массогабаритных характеристик и вероятности запутывания проводников рефлектора при раскрытии, а передача энергии с помощью лазерного пучка обладает чрезмерно низким КПД (коэффициентом полезного действия) и не позволяет в полной мере обеспечивать исполнительные устройства энергией, достаточной для работы в реальном времени. Будет исследован способ передачи энергии и информации с применением имеющихся токопроводящих элементов конструкции рефлектора (сетеполотно вольфрамового плетения). Вольфрам обладает низкой электропроводностью, однако КПД такого способа передачи энергии выше, а система надежнее, чем при использовании направленного лазерного пучка.

Ожидаемые результаты
В рамках выполняемой работы планируется получить следующие результаты мирового научного уровня в теории управления сложными механическими системами, в системах космической связи, которые послужат теоретической основой дальнейших поисковых и прикладных разработок: 1. Разработанные структуры исполнительного устройства, обеспечивающего управляемое переключение вектора усилия между несколькими отдельными точками корректировки формы радиоотражающего сетеполотна крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического базирования. 2. Созданные системы энергоснабжения и информационного обмена исполнительных устройств с применением токопроводящих элементов конструкции рефлектора. 3. Разработанные алгоритмы оптимального управления исполнительными устройствами с минимизацией потребляемой электроэнергии для поточечной настройки формы радиоотражающего сетеполотна с учётом накладываемых ограничений на управление, и, при воздействии возмущений, оказываемых на конструкцию антенны при эксплуатации в космическом пространстве. 4. Обобщение результатов расчётов управления, создание методической базы и выработка рекомендаций для инженерной практики по использованию разработанных алгоритмов и конструкций исполнительного устройства для современных задач, стоящих перед космической техникой. На основе единого подхода предполагается разработать алгоритмы управления для различных конструкций исполнительного устройства, различных конструкций рефлектора с учётом возмущающих воздействий, оказываемых на систему. Результаты исследований позволят решать сложные задачи оптимального управления подвижными объектами прецизионных систем космического назначения в автоматизированном режиме, что особенно актуально и востребовано среди современных специализированных технических комплексов. Полученные теоретические и численные результаты могут найти практическое применение во многих отраслях техники: в космической технике, развитии высокоскоростных средств транспорта, совершенствовании рефлекторов, как космического базирования, так и наземных. Разработанные структуры исполнительных устройств будут востребованы на различных этапах создания аэрокосмической техники нового поколения.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---