Технологические основы навигационно-баллистического обеспечения управления КА и примеры применения перспективных космических технологий

А. Е. Тюлин, В. В. Бетанов

АО «Российские космические системы»

Стратегическая цель программы «Комплексное развитие космических информационных технологий на 2020–2030 годы» представлена следующими задачами:

• достижение необходимого уровня обеспечения спутниковыми услугами всех отраслей экономики России;

• создание условий для цифровизации экономических, производственных, образовательных, научных, административных и культурных процессов развития страны с помощью спутниковых технологий;

• расширение присутствия отечественных космических продуктов на международных рынках;

• максимальное использование возможностей существующих и перспективных космических систем и комплексов в интересах национальной, общественной и экономической безопасности страны.

Реализация указанной цели невозможна без разработки и использования новейших спутниковых и космических технологий. В работе исследованы основные принципы создания и применения космических технологий (в том числе навигационно-баллистических): системность, комплексность, оптимальность (рациональность), устойчивость, перспективность и оперативность.

Создание технологий, прежде всего ключевых, является одной из главных функций целевой разработки современных перспективных систем и комплексов, в том числе для реализации крупных космических программ страны. Поэтому разработка космических технологий должна вестись в соответствии с принципом системности [1, 2].

К числу важнейших принципов разработки современных технологий можно отнести принцип комплексности, реализация которого обеспечивает разработку комплексных планов проведения и технико-экономического обеспечения их исследования, моделирования на начальном этапе, разработки, испытаний, их согласование с общими планами создания технической системы.

В основу планирования создания любого организационно-технического мероприятия, как правило, закладывается принцип оптимальности (при определенных обстоятельствах — рациональности). Применительно к созданию технологий это означает выбор показателей и критериев эффективности разработки и использования создаваемой технологии, а в соответствии с этим поиск инструмента создания его с учетом конкретных целей, условий, ограничений, применяемых методик и априорных сведений об объекте разработки.

Одним из важнейших рассматриваемых принципов служит аспект устойчивости, так как разрабатываемая технология, как правило, применяется в конкретных пределах области использования. Вместе с тем, отклонения входных параметров «заготовки» в известных пределах не должны приводить к катастрофическим результатам на выходе процесса создания и (или) использования. При этом можно говорить о корректности разработанной технологии.

Применяемые технологии должны быть и перспективными, и оперативными. Перспективные технологии позволяют реализовать преимущества системного подхода к созданию систем и комплексов путем наилучшей увязки всего многообразия технологических операций с главными целями создания объекта. К числу важнейших задач перспективной разработки технологий относится разработка комплексных элементов проведения, технико-экономического обеспечения и финансирования разработки, их согласование с общими планами создания системы. Оперативность технологий должна обеспечить не только временную составляющую процесса разработки и ее применения, но также конкретизацию и детализацию перспективного использования и ее уточнение на основе анализа хода испытаний и предварительной эксплуатации.

В настоящее время ключевые технологии — это сложный комплекс знаний и ноу-хау, полученных при проведении дорогостоящих исследований [1–3]. В работе изучаются вариант общей классификации технологий и важные их примеры из навигационно-баллистического обеспечения (НБО) управления КА. В частности, используется адаптация понятий технологическая операция, технологический цикл и технологический процесс НБО, а также их исследование с помощью ленточных графиков в общей схеме управления КА.

При представлении типового цикла НБО в рассматриваемом формате вводятся пространственные матрицы проблем, возникающих в процессе решения соответствующих задач КВНО. Их элементами служат традиционные матрицы проблем, моделирование и анализ которых позволяет выявить рейтинг каждой из них для противодействия («борьбы») в первую очередь с наиболее значимыми из них.

В качестве решения предложена обобщенная технологическая модель оперативного определения параметров движения (ОПД) КА, содержащая четыре подсистемы расчета и реализации сервисов НБО. Проведен соответствующий анализ последовательности решения некорректных задач в подсистеме ОПД КА, изучена процедура решения некорректной задачи на основе прямых методов оптимизации (сопряженных градиентов) с использованием априорной информации.

Проанализирована схема решения так называемых обобщенных некорректных задач первого и второго рода с введенными модификациями с учетом представления решения задач в объект-системе «задача НБО-инструмент ее решения (АС НБО)». Дополнительно показано использование в подобной схеме обобщенных структурных свойств измерительных задач, в частности понятия «обобщенная наблюдаемость».

В заключении проанализирован ряд практических примеров по определению параметров движения КА. Показано, что результаты определений параметров движения КА на этапе выведения на орбиту демонстрируют возможность обеспечения требуемых точностных характеристик в условиях неполной реализации запланированной схемы контроля орбиты и в условиях штатной схемы контроля орбиты на короткой мерной базе.

Литература

1. Тюлин А. Е., Бетанов В. В., Кобзарь А. А. Навигационно-баллистического обеспечения полета ракетно-космических средств. Книга 1. Методы, модели и алгоритмы оценивания параметров движения. М.: Радиотехника, 2018. 479 с.
2. Тюлин А. Е., Бетанов В. В., Юрасов В. С., Стрельников С. В. Навигационно-баллистического обеспечения полета ракетно-космических средств. Книга 2. Системный анализ НБО. М.: Радиотехника, 2018. 487 с.
3. Лысенко Л. Н., Бетанов В. В., Звягин Ф. В. Теоретические основы баллистико-навигационного обеспечения космических полетов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 518 с.