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 24-41-02031

НазваниеМетоды искусственного интеллекта и магнитоэлектрические эффекты в задачах динамики и управления движением телекоммуникационных космических аппаратов

РуководительТихонов Алексей Александрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

2024 г. - 2026 г.

Конкурс№87 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DST).

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

Ключевые словакосмический аппарат, динамика, управление, орбитальное движение, вращательное движение, геомагнитное поле, электрический заряд, собственный магнитный момент, искусственный интеллект, ошибки, сбои, помехи

Код ГРНТИ30.15.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен фундаментальным научным исследованиям, а также разработке новых технических решений в области математического моделирования и анализа суперпозиции гравитационных и магнито-электрических эффектов в задачах динамики и управления орбитальным и угловым движением космических аппаратов (КА) и группировками КА, в том числе с использованием методов искусственного интеллекта (ИИ). Основным объектом исследования будут КА и группировки КА, взаимодействующие с геомагнитным полем посредством лоренцевых сил и моментов, а также моментов, обусловленным магнитным взаимодействием. В результате математического и компьютерного моделирования и последующего анализа процессов динамики управляемого движения КА и группировок КА, движущихся в гравитационном и магнитном полях Земли, будет решен целый комплекс новых задач, объединяющих три актуальные проблемы: 1) проблема обеспечения эффективных комбинированных (в частности - электродинамических) методов управления угловым и орбитальным движением КА, в том числе, КА, функционирующих в составе группировок, 2) проблема реализации методов машинного обучения и нейронных сетей на борту КА для управления (в том числе, автономного) движением КА в условиях динамических возмущений и ошибок определения ориентации, 3) проблема обеспечения активной противорадиационной защиты КА от ионизирующих излучений. Эта особенность придает данному проекту междисциплинарный характер. В то же время, актуальность и комплексность поставленных задач объясняет принципиальную важность и целесообразность объединения усилий специалистов из разных областей знания и даже из разных стран для повышения эффективности решения поставленных задач. Научная новизна проекта определяется тем, что в процессе выполнения НИР 1) будут изучаться новые магнито-электрические эффекты в движении КА и разрабатываться новые уточненные математические модели движения КА с электродинамическим управлением, 2) будут разрабатываться новые подходы к реализации методов машинного обучения и реализации нейронных сетей на борту КА для управления (в том числе, автономного) движением КА и группировками КА в условиях систематических погрешностей и неизвестных ограниченных помех, вызванных динамическими возмущениями и ошибками определения ориентации, 3) будут разрабатываться новые способы активной защиты КА от ионизирующих излучений. Фундаментальная научная составляющая проекта предполагает развитие математических методов решения задач динамики интеллектуальных систем управления в условиях суперпозиции гравитационных, магнитных и электрических эффектов. Возможность практического использования ожидаемых результатов проекта будет подкрепляться новыми патентоспособными техническими решениями. Полученные в процессе реализации НИР результаты будут обладать высокой степенью готовности для практического внедрения в космической отрасли, что соответствует направлению Н6 Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.

Ожидаемые результаты
Ожидаемые результаты научного исследования связаны с решением задач по математическому моделированию и анализу гравитационных и магнито-электрических эффектов в задачах динамики и управления, в том числе с использованием методов ИИ, орбитальным и угловым движением КА, а также группировками КА. В результате выполнения НИР будет проведено математическое и компьютерное моделирование и анализ процессов динамики управляемого движения КА и группировок КА, движущихся в гравитационном и магнитном полях Земли. К числу ожидаемых результатов относятся следующие: – Развитие методов ИИ для электродинамического управления ориентацией КА. – Разработка основ для создания новых систем управления для ориентации и стабилизации КА с использованием алгоритмов машинного обучения и методов ИИ. – Разработка новых способов и соответствующих им патентоспособных технических решений для реализации электродинамического управления орбитальным и угловым движением КА. – Разработка новых уточненных математических моделей движения управляемого КА в условиях комбинации электродинамического управления и методов ИИ. – Разработка методов формирования группировок заряженных КА с учетом влияния сил Лоренца. – Разработка схем управления, основанных на ИИ, для плавного управления положением и ориентацией КА при наличии неизвестных возмущений, в том числе возмущений геомагнитного поля. – Разработка методов использования резонансных особенностей орбитального движения заряженного КА в гравитационном и магнитном полях Земли. – Разработка методов использования резонансных особенностей углового движения заряженного КА, имеющего собственный магнитный момент, в гравитационном и магнитном полях Земли. Научная, прикладная и общественная значимость ожидаемых результатов научного исследования обусловлена – Решением фундаментальных задач по математическому моделированию и анализу гравитационных, магнитных и электрических эффектов в задачах динамики и управления движением тел в космическом пространстве; – Разработкой новых технических решений в области внедрения искусственного интеллекта в управление угловым и орбитальным движением КА; – Научной новизной исследований, заявленных в проекте; – Актуальностью исследований, заявленных в проекте и их направленностью на сохранение мирового лидерства Российской Федерации в области аэрокосмических технологий; – Согласованностью исследований, заявленных в проекте, с действующими государственными документами Российской Федерации, определяющими задачи в области космической деятельности («Основные положения основ государственной политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 года и дальнейшую перспективу» - утверждены Президентом Российской Федерации от 19 апреля 2013 г. № Пр-906); – Согласованностью исследований, заявленных в проекте, с «Программой фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021 - 2030 годы) (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 31.12.2020 № 3684-р), в которой отмечается, что «Основные научные задачи механики, в частности общей механики, навигационных систем, динамики космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов, механики живых систем направлены на изучение динамики космических тел и управляемых аппаратов…». Соответствие ожидаемых результатов мировому уровню исследований будет подтверждаться публикациями в ведущих научных изданиях – как российских, так и зарубежных (Автоматика и Телемеханика, Космические исследования, Известия РАН. Теория и системы управления, Aerospace, Mathematics, Advances in Space Research и др.), индексируемых в международных наукометрических базах данных и обладающих высоким (для данной отрасли) уровнем цитируемости. Апробация результатов предполагается на наиболее значимых Всероссийских и международных научных конференциях. Возможность практического использования ожидаемых результатов проекта будет подкрепляться новыми патентоспособными техническими решениями. Полученные в процессе реализации НИР результаты будут обладать высокой степенью готовности для практического внедрения в космической отрасли, что соответствует направлению Н6 Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ