МКС-Разворот

МКС-Разворот

Шифр эксперимента: МКС-Разворот
Информационная справка: ИС_MKC-РАЗВОРОТ_РКК Энергия_2018.doc
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: Технические исследования и технологии пилотируемых космических полетов
Наименование эксперимента: Летная отработка процесса управления разворотами МКС с использованием реактивных двигателей Российского сегмента МКС с минимальным расходом топлива и учетом ограничений по нагрузкам на конструкцию МКС
Цель эксперимента:

Целью космического эксперимента (КЭ) является создание и апробация альтернативных алгоритмов и процессов управления разворотами МКС на углы, превышающие 45 градусов, с использованием реактивных двигателей (РД) РС МКС с минимальным расходом топлива и учетом ограничений по нагрузкам в интерфейсах МКС, вызванных упругими колебаниями конструкции МКС при работе РД РС.

Описание эксперимента:

КЭ «МКС-Разворот» имеет целью создание алгоритмов оптимальных по расходу топлива разворотов МКС с использованием реактивных двигателей (РД) и с учетом ограничений на величины упругих нагрузок в узлах конструкции МКС, а также отработке алгоритмов в натурных условиях. Алгоритмы оптимального управления и средства обеспечения КЭ создаются в кооперации с соисполнителями.

Создание подобных алгоритмов управления угловым движением МКС в настоящее время является актуальной задачей для российских разработчиков бортового программного обеспечения МКС. Специалистами США созданы и отработаны алгоритмы оптимальных разворотов МКС как твердого тела с малыми скоростями. Российскими специалистами впервые ставится и решается задача оптимального разворота МКС как упругой конструкции с ограничениями по упругим нагрузкам как в Российском, так и в Американском сегментах МКС.

На первом этапе КЭ создаётся АРМ и программный комплекс подготовки и решения задач оптимального управления разворотами МКС и сопровождения сеансов КЭ. На первом этапе также создаётся рабочее место руководителя КЭ в ЦУП-Ь.

На этапе подготовки сеанса КЭ рассчитываются опорные циклограмма работы РД и траектория углового движения, реализующие оптимальный разворот МКС. В процессе выполнения сеансов КЭ в каждом из проводимых разворотов реализуется управление по опорной циклограмме работы РД и с учетом опорной траектории разворота. Руководитель КЭ на рабочем месте в ЦУП-М отслеживает ход КЭ, отклонение текущей траектории разворота от опорной траектории, принимает решение о завершении режима разворота. После завершения режима разворота будут использованы штатные бортовые алгоритмы системы управления движением и навигации Служебного модуля (СУДН СМ) версии 8.08 ПО БВС СМ. Сеанс КЭ выполняется под управлением РС. После завершения всех сеансов КЭ, т.е. после выполнения всех запланированных для КЭ разворотов МКС, пишется итоговый отчет с участием соисполнителей КЭ.

Положительные результаты КЭ, предлагаемого РКК «Энергия», позволят перейти к созданию штатных бортовых алгоритмов оптимальных разворотов СУДН СМ, которые осуществляют развороты МКС с тем же расходом топлива, что и существующие алгоритмы АС, а также существенно экономят ресурс конструкции МКС за счет малого количества включений РД по сравнению с алгоритмами АС.

Алгоритмы оптимального управления угловым движением больших космических аппаратов (КА) с учетом упругости и ограничений по нагрузкам на конструкцию КА будут востребованы при разработке и эксплуатации отечественных больших космических конструкций.

Новизна эксперимента:

Для управления разворотами МКС под управлением американского сегмента специалистами НАСА и специалистами фирм США Charles Stark Draper Laboratories и Boeing разработаны и используются процедуры Zero Propellant Maneuver и Optimal Propellant Maneuver. Решалась задача оптимального управления движением твердого тела с гладким управлением. В полете используется опорная траектория углового движения твердого тела и ДО Российского сегмента в режиме USTO.

Предлагаемый уровень исследований направлен на создание и развитие российских алгоритмов оптимального управления разворотами МКС как упругого объекта, учитывающих ограничения на динамические нагрузки в интерфейсах конструкции МКС и импульсный характер управления с использованием РД. Прототипы алгоритмов разработаны на основе принципиально отличной от подхода США постановки задачи оптимального управления и обещают не только достижение, но и превышение зарубежного уровня.

Научная аппаратура:

Для проведения КЭ «МКС Разворот» не требуется установка дополнительной научной аппаратуры на борту МКС. От имеющейся на борту НА требуется, чтобы во время выполнения разворота функционировали датчики ускорений РС АЛО и ИМУ, а также датчики ускорений АС.

Порядок работы датчиков ускорений РС и АС в ходе сеанса КЭ и доступ к их ТМИ определяются на этапе согласования Программы КЭ и Методики КЭ

Ожидаемые результаты:

Основными результатами КЭ будет создание новой технологии разработки алгоритмов управления угловым движением МКС и летная квалификация в натурных условиях алгоритма оптимального по расходу топлива управления разворотами МКС, в котором учитываются ограничения по нагрузкам на упругую конструкцию МКС.

Результаты КЭ предполагается использовать для разработки российских алгоритмов оптимального управления движением МКС и других перспективных больших космических объектов.

Сроки проведения: 2019-2019 г.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: РКК «Энергия» имени С.П. Королева
Организации участники: ООО ДАТАДВАНС, ЗАО «Меркурий», ЦУП-ЦНИИмаш
Научный руководитель: Платонов В.Н., ПАО РКК «Энергия», д.т.н.
Публикации по эксперименту:

1. Bedrossian, N., Bhatt S., Kang W. and Ross M. “Zero-Propellant Maneuver Guidance”. IEEE Control Systems magazine, October 2009, Volume 29 Number 5

2. Bedrossian, N., Bhatt S. “Commanding SM MCS With Optimal Maneuver Profile To Reduce Propellant And Thruster Loads”. NASA/RSC-E GN&C Technical Interchange Meeting, 7 - 14 September 2012, Houston.

 

Последнее обновление: 17.06.2019
Задачи эксперимента:

Создание и отработка альтернативного процесса управления разворотами МКС и процедуры проведения КЭ, включающей в себя взаимосогласованную работу подразделений РККЭ и НАСА, а также участников КЭ;

1.создание оптимального по расходу топлива алгоритма разворота МКС на углы, превышающие 45 градусов с использованием в качестве исполнительных органов (ИО) РД Российского сегмента (РС) МКС. Далее в тексте указанный выше алгоритм именуется «Алгоритм» либо «Алгоритм разворота»;

2.создание технических и программных средств для выработки исходных данных для проведения сеанса КЭ. Исходные данные для отдельного сеанса КЭ включают в себя, в частности:

--инерционно-массовые характеристики и коэффициенты упругой модели сборки МКС на период проведения КЭ;

--набор РД МКС для выполнения КЭ, а также начальные и конечные кинематические параметры разворота;

--положения СБ и радиаторов АС и РС в ходе разворота МКС;

--исходные данные для расчета с помощью Алгоритма оптимальной траектории разворота и оптимальной циклограммы работы РД:

-редуцированную модель упругих колебаний МКС;

-управляющие матрицы для движения МКС как твердого тела и для упругого движения конструкции МКС;

-редуцированные матрицы для расчета упругих нагрузок в интерфейсах МКС;

-массивы аэродинамических коэффициентов с учетом диапазонов положений поворотных элементов МКС;

-рассчитанные с помощью Алгоритма циклограммы работы РД и траектории углового движения МКС для оптимального разворота;

-информационно-командные массивы для бортовых управляющих компьютеров СМ для периода проведения сеанса КЭ.

3.выполнение набора запланированных сеансов КЭ. Каждый сеанс КЭ состоит из фазы подготовки ИД для разворота и собственно разворота МКС;

4.анализ данных, полученных в ходе разворота МКС для верификации Алгоритма разворота, модели объекта управления и моделей окружающей среды.

Страна: Россия