Задачи моделирования и управления, связанные с планированием работы группировки космических аппаратов

Явный тренд на использование многоспутниковых группировок предъявляет требования к поиску новых и совершенствованию имеющихся методов управления ими. Двумя классическими областями исследования являются методы, основанные на исследовании группировки как набора динамических объектов (в частности, такие методы позволяют решать задачи уклонения от столкновений по аналогии с задачами диспетчеризации авиационного и морского транспорта) и как набора «агентов». Агентный метод доказал свою масштабируемость и адаптивность, что очень важно при появлении новых заявок на съемку и сброс, выходе из строя элементов группировки и т. д. С другой стороны, в качестве входных данных агентный метод требует предрасчитанных «конфигураций» съемки, на основе которых проводится разрешение потенциальных конфликтов. Кроме того, агентный метод, конечно, находит лишь «субоптимальное» решение, что, однако, компенсируется скоростью работы. Методы, основанные на теории управляемых систем, могут претендовать на поиск как минимум удовлетворяющих необходимым условиям оптимальности режимов работы, но сталкиваются с трудностями при масштабировании (для «честного» качественного исследования приходится ставить задачу большой размерности и выписывать соответствующий функционал) и при изменении списка задач.

В рамках настоящей работы ставится задача применения обоих подходов для комплексного планирования работы типовой космической системы. Имеется набор управляемых объектов (малые спутники) и набор объектов космического мусора. Малые спутники должны, во-первых, обеспечить уклонение от столкновений с элементами мусора и при этом избежать столкновения друг с другом, и, во-вторых, обеспечить съемку целевых объектов и сброс информации на наземные пункты в соответствии с запросом на работу системы. Движение центров масс спутников и элементов космического мусора моделируется, соответственно, управляемыми и неуправляемыми системами дифференциальных уравнений (начальные условия движения могут быть получены в том числе заданием модельных кеплеровских орбит или загрузкой типовых наборов файлов TLE). Для спутников ставится задача поиска минимума взвешенного функционала — «свертки» локальных максиминных критериев в парах «спутник —спутник» и «спутник — космический мусор». После вычисления управлений, обеспечивающих уклонение от столкновения, на полученных траекториях — сшивках участков активного и пассивного движения проводится расчет потенциальных окон съемки и сброса, которые отправляются на вход программе мультиагентного планирования, осуществляющей распределение этих «заказов». Приводятся примеры расчетов для «типовых» конфигураций космической системы, для различных вариантов расположения станций приема и объектов съемки на поверхности планеты.