Программно-математическая модель космического аппарата как многомодульной структуры

Авторы
Абрамова А.А., Беляков Н.В., Бирюков Д.А., Филиппов А.А., Царегородцев А.Ю., Богачева А.Е., Комаровский А.Ю., Крымшамхалов А.Х., Самыловский И.А., Сазонов В.В.
Организации
факультет космических исследований МГУ имени М.В. Ломоносова
Сессия
Космическое приборостроение и эксперимент
Форма представления
Устный
Текст тезисов

На сегодняшний день обязательным требованием к проектированию спутников различного назначения является системный подход, при котором сам спутник является, во-первых, иерархически организованной системой, элементы которой характеризуются как минимум своими массо-габаритными, кинематическими и динамическими свойствами, и, во-вторых, частью системы, включающей в ходе срока активного существования как минимум наземный и космический сегменты. Как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации обязательным является применение таких программных комплексов как STK, FreeFlyer, GMAT и т. д., охватывающих различные аспекты комплексного моделирования космической системы в целом. Разработка программно-математических инструментов, позволяющих работать с редактируемым составом объектов моделирования и предоставляющих как минимум функциональность «интегрированной среды разработки» для баллистика, по-прежнему является востребованной областью деятельности.

Целью настоящей работы является исследование возможностей программного комплекса MIDE, разработанного факультетом космических исследований, в области комплексного моделирования работы космических аппаратов, включая орбитальные станции. При таком моделировании, наряду с использованием верифицированных моделей движения центра масс и вращательного движения, важной является поддержка возможности моделирования объекта как иерархической структуры, например, космического аппарата как совокупности блока полезной нагрузки и блока служебных систем, каждый из которых, в своб очередь, делится на соответсвующие подсистемы. Особенный интерес представляет такая возможность для моделирования многомодульных станций, подобных МКС и перспективной РОСС.

Программный комплекс MIDE в базовом варианте рассматривает виртуальный «мир» как совокупность физических объектов (планеты, звезды, наземные станции с установленными на них сенсорами и космические аппараты с установленными на них сенсорами). К каждому из физических объектов привязываются «источники данных» о положении и ориентации (ими служат файлы данных, системы уравнений движения, наборы орбитальных элементов либо телеметрия) и настраиваемый набор «абстрактных объектов»: векторы, углы, плоскости и т. д., включая, например, ориентацию, заданную относительно системы координат, совершающей сложное движение относительно другой системы координат.

В рамках данной работы комплекс был дополнен функциональностью, позволяющей «собирать» участвующие в моделировании объекты из отдельных блоков. Типичным примером использования подобного подхода является моделирование работы полезной нагрузки КА таким образом, чтобы оператор, работая со всеми составными частями как с полноценными объектами, мог настраивать их параметры, «огрубляя» второстепенные для целей моделирования объекты. Приводятся примеры использования такого подхода для следующих вариантов моделирования: 1) космический аппарат с оптической полезной нагрузкой, организованный как многоуровневая система и допускающий моделирование поступательного и вращательного движения; 2) многомодульная станция (РОСС), допускающая настройку состава, поворотов солнечных батарей, расположения модулей и сенсоров и допускающая исследование типовых вариантов работы на различных типах орбит.