Аннотации и ключевые слова

34

Баранов А. А., Баранов А. А.

В ИПМ им. М.В. Келдыша РАН был разработан алгоритм, который в течение многих лет успешно использовался для расчета параметров маневров встречи пилотируемых и грузовых КА с орбитальной станцией [1,2]. Простота, надежность и эффективность этого алгоритма определили его выбор в качестве основного алгоритма для расчета маневров европейского АТV. Идеи, показавшие эффективность в практической работе, были использованы при разработке алгоритма расчета параметров маневров формирования спутниковых систем [3,4]. В данной работе описана возможность совершенствования алгоритма нахождения разницы в числе витков полета активного КА и точки цели, приведенного в [4], а также приведены алгоритмы численно-аналитического определения самих параметров маневров.

Ключевые слова: оптимальные маневры; задача встречи; создание спутниковых систем; большое отклонение долготы восходящего узла

Балашова Н. Н., Болкунов А. И., Игнатович Е. И., Ревнивых С. Г., Сердюков А. И., Щекутьев А. Ф.

Существующие системы описания РНП и ОГ ГНСС оперируют понятиями точность, доступность, целостность, непрерывность. Этих параметров явно недостаточно для проведения детального сравнительного анализа РНП И ОГ ГНСС.

Ключевые слова: радионавигационное поле; параметры радионавигационного поля; навигационные услуги; зоны ухудшения навигации

Ревнивых С. Г., Сердюков А. И., Болкунов А. И.

Планами развития России и США предусмотрено освоение Луны и Марса. Для решения задачи освоения необходимо создание соответствующей планетарной инфраструктуры, важной частью которой является координатно-временная и навигационная составляющая.
Таким образом, проектирование новых ГНСС и создание адекватных инструментов проектирования являются приоритетными задачами развития цивилизации на данном этапе.

Ключевые слова: перспективные глобальные навигационные спутниковые системы; многофункциональные системы

Голиков А. Р.

В настоящее время, проекты с констелляциями (и близкорасположенными группировками) вызывают огромный интерес по различным причинам. Во-первых, они могут представлять собой различные конфигурации. И эти построения чрезвычайно интересны с точки зрения космических приложений. Их структурная природа может использоваться для создания гибкого и эффективного ряда измерений, для синтезирования виртуального инструмента. Здесь есть возможность получения широкого выбора: методы (опции) для рассматриваемых задач & данные.
Полуаналитическая теория THEONA обеспечивает прогнозирование движения спутника с высокой скоростью и хорошей точностью. Для изучаемых здесь задач эффективность теории возрастает даже больше: разработаны дополнительные методики с едиными структурами интегралов и специальных функций, принятых в THEONA. Соответственно, это ведёт к более высокой скорости расчётов, а относительная ошибка понижается до 10-12. Таким образом, новая версия THEONA позволяет обеспечить почти все необходимые оперативные и исследовательские расчёты для задач с констелляциями и близкорасположенными группировками.
Я предлагаю несколько примеров оценок точности орбитального прогнозирования, основанного на THEONA. Рассматривается абсолютное и относительное движение констелляций для различных классов орбит. Этот анализ показывает эффективность использования THEONA для изучения эволюции относительного движения констелляции.

Ключевые слова: констелляции; спутниковые группировки; орбитальный прогноз; полуаналитические спутниковые теории; возмущения; специальные функции

Можаев Г. В.

Рассматриваются задачи оптимизации номинальных орбитальных структур спутниковых систем. Обсуждаются постановки задач, основными составляющими которых являются модели оптимизируемых динамически устойчивых орбитальных структур и критерии качества, направленные на достижение различных целей. Обсуждаются результаты исследований задач, полученные различными авторами, и намечаются пути дальнейших исследований. Сообщается об аналитических решениях ряда задач оптимизации процессов гибкой коррекции движения систем спутников. Эти решения удалось получить благодаря декомпозиции задач методами теории представлений групп.

Ключевые слова: спутниковая система; орбита; оптимизация движения

Зараменских И. Е., Овчинников М. Ю., Ритус И. В.

Для существования группировки спутников Formation Flying необходимо отсутствие вековых относительных уходов. При учете несферичности Земли в случае, если спутники находятся на разных орбитах, возникает вековой уход по аргументу восходящего узла и аргументу перигея. В настоящей работе проводится исследование возможности устранения вековых относительных уходов для двух спутников в конфигурации Formation Flying при движении в возмущенном гравитационном поле в случае использования двигателя малой тяги и пассивной магнитной системы ориентации.

Ключевые слова: малый спутник; пассивная магнитная система ориентации; групповой полет спутников; управление относительным положением

Улыбышев Ю. П.

Представлен краткий обзор развития методов проектирования спутниковых систем непрерывного обзора. Описываются результаты сравнения основных типов систем на круговых орбитах для непрерывного глобального обзора. Демонстрируется табличная классификация спутниковых систем на стыке понятий «тип системы» и «тип обзора». Представлены новые методы выбора структур спутниковых систем (СС). Рассматриваются два типа непрерывного обзора. Первый – это традиционный обзор связанный с видимостью точек на поверхности Земли, второй - более сложный обзор для произвольных географических областей, т.е. в любой момент времени эта область находится полностью или частично внутри мгновенного поля обзора одного из спутников системы. Ключевая идея методов основана на совместных двумерных отображениях спутниковых систем и требований по обзору. Размерности этого пространства – инерциальная долгота восходящего узла (или прямое восхождение восходящего узла) и время. В этом пространстве требования по обзору любой области могут быть представлены в виде полигона граничных точек, а движение спутниковой системы в виде равномерно движущейся решетки. В любое время как минимум один из узлов решетки должен принадлежать этому полигону. Оптимальная конфигурация спутниковой системы соответствует наиболее разряженной решетки. Метод подходит для непрерывного и периодического обзора с использованием круговых и эллиптических орбит. Алгоритмической основой для методов является современная вычислительная геометрия. Представлен пример кинематически правильной системы на круговых орбитах для непрерывного обзора географической области. Методы распространены на проектирование спутниковых систем на эллиптических орбитах типа «МОЛНИИ»: непрерывный зональный обзор и однотрассовая системы обзора территории России.

Ключевые слова: спутниковые системы; проектирование спутниковых систем; непрерывный обзор; обзор областей; орбиты типа «МОЛНИИ»

Гречкосеев А. К., Почукаев В. Н.

Предлагается подход к исследованию задачи уточнения эфемерид системы ГЛОНАСС по межспутниковым измерениям дальности на основе орбитального кристалла. Формулируются и доказываются достаточные условия единственности уточнения орбитального кристалла по межспутниковым измерениям дальности. Показывается выполнимость достаточных условий для системы ГЛОНАСС. Получены аналитические оценки зависимости по-грешности уточнения относительных координат орбитального кристалла от погрешностей межспутниковых измерений дальности. Полученные результаты позволяют связать геометрические свойства орбитального кристалла с относительным  уточнением опорных эфемерид по мгновенным межспутниковым измерениям дальности.

Ключевые слова: базисные созвездия; межспутниковые измерения; орбитальный кристалл; система ГЛОНАСС; цепочка созвездий; эфемериды

Блейк К., Мисра А.

Группировку спутников можно представить в виде квазитвердого тела за счет выбора системы координат, описывающей ее абсолютное перемещение. В настоящей работе введено понятие квазитвердого тела, и представлены уравнения его движения. Также получен нелинейный регулятор для группировки, рассчитанный с использованием теории устойчивости Ляпунова. Характеристики системы, удовлетворяющие выработанным требованиям,  могут быть найдены путем подбора коэффициентов усиления цепи обратной связи. Так как в основе регулятора лежат уравнения движения квазитвердого тела, то он может быть использован для компенсации ошибок ориентации и отслеживания изменения высоты полета группировки, что продемонстрировано результатами моделирования. Также понятие твердого тела используется в настоящей работе для расчета двух траекторий вынужденной переориентации группировки на высоких орбитах, одна из которых выполняется за счет вращения по углам Эйлера, а вторая – повторяет динамику осесимметричного твердого тела. Показано, что за счет использования второго подхода обеспечивается экономия 11 % топлива по сравнению с вариантом вращения по углам Эйлера.

Ключевые слова: группировка спутников; квазитвердое тело; твердое тело; моделирование; переориентация; углы Эйлера

Понтани М., Теофилатто П.

Низковысотные орбитальные системы имеют ряд преимуществ перед геостационарными. Это, в частности, меньшие затраты на разработку и выведение, большее пространственное разрешение, меньшие энергозатраты и меньшая задержка сигнала. В статье предложена оригинальная методика проектирования изомаршрутных спутниковых систем, базирующаяся на использовании корреляционной функции. Применительно к определенному участку земной поверхности рассматриваются два конфликтующих между собой требования: максимизация величины наибольшего интервала непрерывного обзора и минимизация величины наибольшего интервала невидимости. Предложенный способ определения квазиоптимальной в означенном смысле орбитальной группировки основывается на стремлении избежать наложения полос обзора отдельных ИСЗ. С этой целью было получено аналитическое выражение корреляционной функции, которое применялось для получения оценки перекрытия полос обзора. Определение конфигурации спутниковой группировки, имеющей желаемые характеристики, сведено к задаче обнуления этой функции. Показано, что эвристический алгоритм дает удачное приближение к решению. Приведено решение в классе изомаршрутных спутниковых группировок для нескольких  районов расположенных на разных широтах.

Ключевые слова: изомаршрутная спутниковая система; орбитальная группировка; полоса обзора; пространственное разрешение; корреляционная функция

Прадо А.

В статье рассматривается проблема орбитального маневрирования, использующего квазиоптимальное управление малой тягой для удержания спутника, являющегося частью группировки, на орбите. Основным является допущение, что позиция спутника группировки задана, также как и номинальная орбита в окрестности начальной орбиты. Тогда необходимо перевести спутник из текущего положения на заданную номинальную орбиту. Управление осуществляется с применением малой тяги. Критерием является расход топлива. Квазиоптимальное решение обеспечивает простоту реализации.

Ключевые слова: квазиоптимальное управление; малая тяга; номинальная орбита; орбитальное маневрирование; спутниковая группировка

Райнджон С., Коте Ю., Мартинот В.

Прошло чуть больше десяти лет с момента начала эксплуатации первых систем телекоммуникационных ИСЗ. Теперь необходимо обновить эти системы для обеспечения их непрерывного функционирования. Осознавая эту проблему и занимая лидирующие позиции в области спутниковых систем, Thales Alenia Space с конца 90-х занималась этой проблемой. В этом ключе в представленной статье обсуждаются возможные стратегии восполнения телекоммуникационных систем.

Ключевые слова: спутниковая система; телекоммуникационный ИСЗ; стратегия восполнения; эксплуатация ИСЗ

Саики Т., Натсуме К., Кавагучи Д.

В последнее время наблюдается рост интереса к спутниковым группировкам. Спутниковая группировка обладает большей функциональной гибкостью при меньших весах и стоимости, а также позволяет реализовывать проекты, которые были невозможны при использовании одного спутника. В Институте Космоса и Астронавтики (ISAS/JAXA, Япония) разрабатываются программы исследования плазмы и магнитного поля Земли с помощью группировки спутников. Рассматриваемая в работе программа получила название SCOPE. Исследования по программе SCOPE проводятся на расстоянии 20 – 30 радиусов Земли, считая  от ее центра, там, где магнитное поле Земли взаимодействует с частицами высокой энергии Солнца. Таким образом, орбита спутниковой группировки является высокоэллиптической. В работе рассмотрен метод самопроизвольного поддержания геометрии группировки на эллиптических орбитах.  Для проведения наблюдений группировка спутников должна образовывать многоугольник, который обеспечивает высокую пространственную разрешающую способность. Также в настоящей работе изложен метод выбора орбиты в рамках программы SCOPE. Определены параметры эллиптической орбиты, обеспечивающие поддержание высокой пространственной разрешающей способности в ее апогее. Представлены численные примеры.

Ключевые слова: спутниковая группировка; исследование плазмы; магнитное поле Земли; частицы высоких энергий; высокоэллиптическая орбита; выбор орбиты

Ву А. М.

В настоящее время съемка Земли со спутников в оптическом, ИК и радиодиапазонах находит очень широкое применение. В статье сначала рассмотрен одиночный ИСЗ, предназначенный для высокооперативного глобального наблюдения с высоким разрешением. Затем рассмотрен вариант спутниковой системы, обеспечивающей больший охват и более высокую оперативность. Входящие в ее состав ИСЗ могут принадлежать как одной, так и разным странам. Покрытие экваториальных областей может быть обеспечено несколькими ИСЗ. Для обзора полярных областей необходимы значительные зоны обзора. Ежесуточный обзор и глобальное покрытие может быть обеспечено доступным по цене количеством ИСЗ с определенной зоной обзора.  Принимая во внимание проблемы эксплуатации и полярное покрытие, рекомендовано использовать спутниковую систему с повышенной оперативностью и большими зонами обзора. Возможно использование в спутниковой системе комбинации экваториальных и полярных орбит.

Ключевые слова: спутниковая система наблюдения; съемка Земли; оперативность; покрытие; обзор; орбита

Капелетти Ш., Гуардуччи Ф., Паолилло Ф., Ридолфи Л., Баттаглиере М. Л., Грациани Ф., Пьержентили Ф., Сантони Ф.

C девяностых годов GAUSS (Группа Астродинамиков Университета Рима ”Sapienza”) начала работу по программе UNISAT с целью спроектировать, создать и запустить университетский микроспутник, полностью созданный студентам школы аэрокосмического проектирования. В рамках этой программы, начиная с 2000г. было запущено 4 спутника в течение 2 лет, а пятый спутник создается в настоящее время. Одновременно этой группой проводились исследования по контролю за видимым космическим мусором, в рамках работ, координируемых Комитетом Международного агентства по космическому мусору (IADC).  Кроме того, в последнее время, группа приняла участие в разработке первой итальянской обсерватории, предназначенной для наблюдения за космическим мусором.
Используя накопленный опыт, студенты, научные сотрудники и преподаватели, входящие в группу GAUSS, анализируют возможность использования группировки ИСЗ для обнаружения космического мусора, с учетом преимуществ внеатмосферных наблюдений.
Статья посвящена проблеме обнаружения космического мусора на низких орбитах. Малоразмерные фрагменты (1-10 см), находящиеся на этих орбитах, трудно обнаружить и сопровождать наземными оптическими системами. Созвездие спутников, несущих датчики, чувствительные к видимому и инфракрасному излучению может контролировать обстановку на этих орбитах с помощью непосредственных измерений. Более того несколько спутников, образующих группу позволяет не только обнаружить космический мусор, но и провести предварительное определение орбиты его движения, что упрощает последующее наблюдение наземными средствами.
В статье рассмотрены несколько возможных вариантов спутниковых группировок, с присущими им сильными и слабыми сторонами. В предложенной конфигурации 3 спутника образуют строй. Один спутник, центральный, отвечает за обнаружение и оперативное определение орбит объектов. Два других меньших спутника будут сопровождать объекты для получения большего числа снимков и более точного определения орбиты.
Приведены результаты численного моделирования такого способа управления при различных точностях датчиков.
Проанализированы 2 способа управления удержанием спутников в созвездии: использование периодического маневрирования с химическими двигателями или постоянное противодействие возмущениям, например, аэродинамическим с помощью плазменных двигателей.
Исследованы датчики и оптика, подходящие для обсуждаемых целей, разработаны два метода обработки изображений.

Ключевые слова: микроспутник; космический мусор; группировка ИСЗ; определение орбиты; внеатмосферные наблюдения

Де Паскуале Э.

Автоматический транспортный корабль Jules Verne (АТV-JV) 3.04.2008 успешно пристыковался к международной Космической Станции (МКС). Одной из целей миссии была демонстрация новых технологий разработанных для выполнения автономных сближений МКС с упором на обеспечение безопасности МКС. В полете эта новая технология сближения была успешно продемонстрирована. Некоторые элементы этой технологии потенциально могут быть использованы для управления группировкой спутников. Это, в частности, маневрирование КА для достижения точного положения в окрестности МКС, точная автоматическая GPS-навигация, новые датчики, наведение КА с помощью МКС на этапах сближения и причаливания.
Группа сотрудников Европейского космического агентства (ЕКА), базирующаяся в Центре Управления КА ATV-JV в Тулузе, контролировала в реальном масштабе времени процессы наведения, навигации и управления в течение двух дней эксперимента.
В статье обсуждаются результаты летных испытаний, по проверке технологий автономных сближений, которые могут быть применены для группы спутников.

Ключевые слова: автоматический транспортный корабль; автономное сближение; группировка спутников; сближение; причаливание; наведение; навигация; управление

Гуидотти П. И., Делпеш M., Джалал С., Гаудель-Вакаресси A., Берджес Д. С., Гамет П., Ла Марль О.

«SIMBOL-X» – космический рентгеновский телескоп, выведение которого на высокоэллиптическую орбиту запланировано на 2013год. Это телескоп нового поколения, который способен регистрировать частицы в широком энергетическом спектре (с энергией от 0,5 до 80 КэВ). В этом франко-итальянском проекте для снижения массы и габаритов используется не классический одиночный ИСЗ, а группировка из двух ИСЗ. Один из них, называемый «Зеркало» (MSC), находясь на высокоэллиптической орбите, с высокой точностью наводится на наблюдаемый источник излучения  и фокусирует рентгеновское излучение с помощью своего зеркала. В 20 метрах позади ИСЗ «Зеркало» в фокальной точке находится второй ИСЗ (DSC), движущийся по специальной орбите и играющий роль приемника излучения.
В статье представлены некоторые принципиальные решения в области навигации, наведения и управлением примененные в проекте «SIMBOL-X».  Также описаны основные фазы миссии и предъявляемые к ней требования. Уделено внимание разработке спутника DSC, включая алгоритмы и приборы наведения, навигации и управления. Рассмотрены проблемы связанные с поддержанием линии визирования между ИСЗ, поскольку для проведения наблюдений она должна выдерживаться с очень высокой точностью.  

Ключевые слова: высокоэллиптическая орбита; космический рентгеновский телескоп; группировка ИСЗ; навигация; наведение; управление

Фунаси Р., Кавагучи Д.

В статье предложена система координат, в которой, в отличие от орбитальной системы, опорный КА неподвижен. Это обстоятельство существенно для управления поддержанием группировки.
Переход к новой системе координат приводится для круговой опорной орбиты и сравнивается с традиционной линеаризованной моделью Хилла.
Преимущества  перехода к новой системе координат показаны в терминах критерия оптимальности управления и качества поддержания группировки.
Обсуждается также общий случай эллиптической опорной орбиты.
При этом в качестве методологии проектирования группировки предлагается регуляризация и нелинейное преобразование системы координат в форме Levi-Civita.
Приведен пример проектирования группировки с псевдо-постоянными расстояниями между КА, на котором численно продемонстрированы преимущества предложенного преобразования.

Ключевые слова: орбитальная система; система координат; опорный КА; поддержание группировки; оптимальное управление; эллиптическая орбита

Фунаси Р., Аракава M., Тсуда Ю., Кавагучи Д.

В настоящее время интерес к изучению движения и управления ИСЗ, образующих группу, постоянно растет. Стратегия централизованного управления оптимальна, если полная информация доступна всем участникам группировки, но может приводить к неустойчивости в реальной ситуации, в случае доступности только части информации, или когда стоимость обмена информацией высока. В статье предложена новая стратегия децентрализованного управления группой ИСЗ, предусматривающая эффективное распространение информации между смежными абонентами и использование ее при расчетах управления. Эта стратегия позволяет преодолеть недостатки централизованной стратегии управления в условиях недостаточного обмена информацией. Эффективность предложенной стратегии численно подтверждена в случае управления одномерной цепочкой движущихся объектов и решением двухмерной задачи управления группой ИСЗ в плоскости.

Ключевые слова: ИСЗ; централизованное управление; децентрализованное управление; управление группой ИСЗ; недостаточный обмен информацией

Радис Г.

Координирование и управление группировкой спутников, находящихся на расстоянии нескольких метров друг от друга, требуют решения интересных задач, включая определение схемы эффективного построения группировки, разработку алгоритмов по формированию, переориентации группировки и изменению расстояний между спутниками. Удержание относительного положения ИСЗ является ключом для эффективности всей группировки. Настоящая работа демонстрирует оптимальный вариант развертывания группировки DARWIN с использованием метода управления потенциальной функцией в окрестности 2-ой точки либрации (система Солнце – Земля). Перед описанием особенностей различных алгоритмов управления и подтверждения применимости метода с помощью теоремы Ляпунова дан обзор относительного движения и динамики спутников группировки. Метод потенциальной функции использован для управления поступательным и вращательным движением спутников. В работе учтены такие ограничения, как недопустимость столкновения спутников и требования к направлениям линий визирования оборудования. Показано, что алгоритм управления пространственным положением исключает столкновение спутников группировки, которое может привести к катастрофическим последствиям для миссии в целом.

Ключевые слова: группировка ИСЗ; относительное положение ИСЗ; развертывание группировки; потенциальная функция; теорема Ляпунова; алгоритм управления

Сакаи С., Канеда Р., Маида К., Саито Т., Саито Х., Хашимото Т.

В представленной статье обсуждается движение группировки спутников под воздействием электромагнитных сил на низкой околоземной орбите. Для управления относительным положением ИСЗ группировки используется электромагнитная сила без затрат топлива. Рассчитано, что сверхпроводящие магниты способны создавать магнитные силы, требуемые для удержания группировки. Сложность использования обсуждаемого метода на низкой околоземной орбите связана с большим количеством возмущений, создаваемых многочисленными магнитными моментами и магнитным полем Земли. Для решения этой задачи предложено использовать синусоидальное движение сверхпроводящей катушки, предложен также оригинальный метод управления магнитными силами с использованием разности фаз магнитных моментов. Предложенные методы прошли экспериментальную проверку с использованием реальной сверхпроводящей катушки и  другого оборудования. В процессе моделирования была продемонстрирована способность рассматриваемой системы управлять относительным положением спутников.

Ключевые слова: группировка ИСЗ; удержание группировки; сверхпроводящая катушка; относительное положение ИСЗ; электромагнитная сила; магнитный момент

Шима Т., Ямада К., Ешикава С.

Будущие космические миссии, такие как виртуальный телескоп и интерферометр, требуют высокоточного управления относительным положением спутников в составе группировки. В настоящей статье представлена методика устранения относительных уходов спутников группировки, обращающихся по одной и той же орбите. Описан новый подход к разработке импульсного регулятора по вектору состояния. Управление положением спутника в составе группировки осуществляется путем оценки отклонений в результате предыдущего цикла управления и их последующей компенсации сигналом в прямой цепи. В качестве примера приведено управление группировкой в направлении движения ИСЗ, обращающихся по низкой околоземной орбите с учетом сопротивления атмосферы и второй зональной гармоники гравитационного потенциала Земли. Проведено численное моделирование для подтверждения работоспособности разработанного регулятора.

Ключевые слова: виртуальный телескоп; группировка ИСЗ; импульсный регулятор; низкая околоземная орбита; сопротивление атмосферы; регулятор по вектору состояния

Тарабини Кастеллани Л., Лоренти Д. С., Шоберг Ф., Якобсон Б., Тестон Ф., Бергер Ф., Кропп А.

«PROBA-3» — это экспериментальная программа Европейского космического агентства (ESA), призванная продемонстрировать работоспособность технологий, необходимых для будущих программ полетов ИСЗ в группе. Программа «PROBA-3» и в частности ее обеспечение в части навигации, наведения и управления (ННУ) уточняются в настоящее время в рамках переходного этапа следующего за фазой А. Переходный этап включает в себя оценку и изучение результатов двух этапов фазы А перед началом фазы В проекта, намеченного на конец 2008 года.
В статье приведены требования к ННУ в рамках программы «PROBA-3», включая ее структуру и вопросы проектирования, а также, в меньшей степени, процесс калибровки. Основной особенностью разработки ННУ является проектирование, позволяющее проводить различные виды проверок структуры управления (распределение функций), включая изменение уровня централизации управления. Статья также содержит описание различных режимов ННУ, используемых датчиков и приводов.

Ключевые слова: группа ИСЗ; навигация; наведение; управление; датчики; приводы

Френкель Р., Пирсон Л., Зевенит Ж.

Программы по созданию виртуального интерферометра путем размещения аппаратуры на нескольких спутниках позволят осуществить наблюдение глубокого космоса с ранее недостижимой точностью, однако при этом потребуется высокоточное управление группировкой спутников. Одна из таких программ – программа DARWIN, реализуемая Европейским Космическим Агентство (ESA), предназначена для обнаружения экзопланет и определения их характеристик. В настоящей статье обсуждаются различные вопросы управления: от использования замкнутого контура управления на этапе развертывания группировки до режима точного управления оптической разностью хода в ходе научных экспериментов.
В статье рассмотрен навигационный блок, работа которого обеспечивается радиочастотными датчиками, а также режимы, разработанные для грубого управления группировкой спутников с целью избежать столкновений и восстановления группировки после соударения спутников. Радиочастотная система, разрабатывается компанией TAS по заказу Французского Космического Агентства (CNES). Функциональные задачи радиочастотной подсистемы следующие: грубое определение относительного положения спутников, а также обеспечение межспутниковой связи, необходимой для высокоточного режима управления. Дальность действия подсистемы составляет 30 км, однако ожидается улучшение данной характеристики до 100 км. Радиочастотная подсистема имеет две частоты и три режима функционирования. Определение относительного положения спутников в грубом режиме производится во всех направлениях и основывается на измерениях интенсивности излучения от нескольких антенн, размещенных на спутниках. Режим интерферометра (до нарастания неопределенности) позволяет измерить сдвиг фазовой дорожки и обеспечивает среднюю точность в выбранном направлении. Режим интерферометра (после нарастания неопределенности) позволяет измерить несущую фазу и обеспечивает точность после выполнения маневра равную 1 см по межспутниковому расстоянию и 1 градусу по линии визирования. Для реализации этих режимов требуется три антенны, формирующие два ортогональных базиса. Для реализации режима избегания столкновений и перестроения группировки используется грубый радиочастотный режим управления. Режим избегания столкновений реализуется путем децентрализации группировки для обеспечения ее устойчивости к ошибкам управления, в то время как в режиме перестроения выбирается некоторый центральный спутник для наилучшей координации. Режимы универсальны при выполнении любых задач группировки.
В статье также дано описание конфигурации группировки программы DARWIN, получившей название EMMA, разработанной компанией TAS. Управление программой DARWIN состоит помимо радиочастотного из двух дополнительных режимов. Второй режим управления, основанный на грубых оптических измерениях и точных метрологических измерениях, функционирующий за счет ионного или электромагнитного двигателя, приводит в движение спутники относительно спутника сведения и, таким образом, влияет на геометрию группировки. Третий режим управления осуществляет балансировку группировки за счет увеличения оптической длины пути и оптической линии запаздывания и изменения ориентации с помощью корректирующих зеркал, основанных на пьезо-приводах. Совместное использование режимов управления позволяет удовлетворить требования  по оптической разности хода менее 1 нм.

Ключевые слова: Высокоточное управление, группировка ИСЗ, виртуальный интерферометр, относительное движение спутников, управление

Д’Амико C., Арденс Д., Де Флорио С., Монтенбрак О.

Группировка ИСЗ предполагает совместное использование двух и более взаимодействующих КА, реализующих совместно некий единый виртуальный инструмент. Возможности группы малых ИСЗ обычно превосходят возможности  традиционных спутниковых систем. Более интересные научные результаты могут быть получены благодаря наблюдениям с использованием больших и в том числе перестраиваемых базисов, кроме того увеличивается надежность системы. Европейская инженерная и научная общественность в данный момент обсуждают различные проекты с использованием спутниковых группировок. Это проекты по отработке новых технологий (PRISMA, PROBA-3), интерферометры и гравиметры с синтезированной апертурой для исследования Земли (TanDEM-X, postGOCE), телескопы, базирующиеся на двух КА, предназначенные для детального спектрального исследования астрономических источников излучений (XEUS, SIMBOL-X), интерферометры, базирующиеся на нескольких КА и регистрирующие излучение в инфракрасном и видимом участках спектра в интересах новых астрофизических исследований и поисков экзопланет, подобных Земле (DARWIN, PEGASE). Эти проекты имеют различные уровни сложности, в основном обусловленные размерами и функциональными возможностями полезной нагрузки, и требуют высокого уровня автономности при решении задач навигации и высокоточного управления.
Чтобы соответствовать этим требованиям Немецкий Центр Управления Полетов (GSOC) ведет исследования в области спутниковых группировок начиная с 1998 г. Проведение этих исследований аргументируется тем, что только развитие, развертывание и орбитальные испытания инновационных технологий в области наведении, навигации и управлении (ННУ) могут обеспечить внедрение технологий передовых спутниковых группировок. В статье обсуждается первая в Европе технология автоматического удержания и перестроения спутниковой группировки с минимумом расхода топлива и минимумом риска столкновения, которая явилась результатом участия GSOC в проектах TanDEM-X и PRISMA (запуск обеих систем ожидается в 2009г.). Рассмотрены также вопросы проектирования и испытаний специалистами GSOC подсистем ННУ для экспериментальной миссии TanDEM-X и PRISMA. Кроме того, представлены ключевые результаты испытаний метода наведения, основанной на GPS навигации в реальном времени и импульсной системой управления относительным положением ИСЗ группировки.
Очевидно, что существует технологический разрыв между уже продемонстрированной группировкой спутников для дистанционного зондирования Земли с низкой околоземной орбиты и перспективными космическими телескопами, размещенными на высоких эллиптических орбитах или в окрестностях точек Лагранжа. Это определяется не только причинами, обсуждавшимися выше, но и необходимостью осуществления навигации на высотах, больших высот, используемых созвездием ГНСС. Заключительная часть статьи посвящена обсуждению технологического разрыва между современными и перспективными спутниковыми группировками. Сделана попытка определить пути и перспективы развития европейской технологии спутниковых группировок.

Ключевые слова: Группировка ИСЗ, наведение, навигация, управление, GPS-навигация, космический телескоп, астронаблюдения, интерферометр

Разумный Ю. Н., Школьников Д. О., Разумный В. Ю.

Геостационарные орбиты (ГСО), предложенные писателем-фантастом Артуром Кларком в середине XX века получили широкое практическое воплощение при создании различных спутниковых систем связи и вещания. Размещение одного или нескольких спутников на ГСО позволяет обеспечить покрытие больших приэкваториальных районов поверхности Земли. Однако наряду с достоинствами, эти орбиты обладают и некоторыми недостатками, в первую очередь связанными с имеющимися ограничениями на вывод новых спутников на ГСО, а также трудностями в обеспечении обслуживания районов Земли, лежащих в верхних широтах.
Эллиптические орбиты, впервые использованные для выведения спутников связи «Молния» в СССР (наклонение 63.4 градуса, высоты перигея и апогея соответственно около 500 и 40000 км) не имеют указанных выше недостатков. Вместе с тем орбиты спутников связи «Молния» являются лишь одним из возможных частных случаев формирования таких орбит.
Локально-стационарные орбиты (ЛСО), предложенные первым автором данной статьи в 1987 году, дали возможность баллистического проектирования спутниковых систем локального обзора для более общих случаев. Математическое описание ЛСО включает в себя в качестве частных случаев как ГСО, так и орбиты спутников типа «Молния».
Принимая во внимание, что реализация  ЛСО, основанная на эмуляции геостационарного обзора локальных районов Земли, используя эллиптические орбиты, приобретает в настоящее время все большую популярность для создания спутниковых систем связи, в настоящей статье приводятся некоторые новые аспекты практического применения ЛСО.

Ключевые слова: Геостационарная орбита, спутниковая система связи, эллиптическая орбита, локально-стационарная орбита, баллистическое проектирование, обзор

Разумный Ю. Н.

В большинстве практических случаев баллистическое проектирование спутниковых систем может быть сведено к задаче непрерывного или периодического покрытия районов поверхности Земли зонами обзора спутников системы. Спутниковые системы непрерывного и периодического обзора существенно различаются как параметрами орбит для наилучших известных вариантов таких систем, так и методами выбора этих орбит. В настоящей статье приводятся общие понятия разработанной теории оптимального проектирования спутниковых систем на низких круговых орбитах (с высотой до 3-5 тысяч км в зависимости, в первую очередь, от ширины полос обзора спутников), обеспечивающих периодический обзор с минимальными разрывами в наблюдениях. Структурно рассматриваемая теория включает: 1) рассмотрение общего случая так называемой маршрутной спутниковой системы как математической абстракции произвольной орбитальной структуры; 2) аналитическое решение задачи определения периодичности обзора районов поверхности Земли для спутниковой системы заданной орбитальной структуры; 3) выявление ряда закономерностей для величины периодичности как функции положений спутников на трассах маршрутной спутниковой системы; 4) разработку методов проектирования оптимальных построений по заданным критериям и ограничениям. Использование разработанной теории практически не связано с ограничениями на классы рассматриваемых орбитальных структур. Одновременно показано, что полученные оптимальные построения находятся на уровне лучших известных аналогов, а во многих случаях значительно превышают их по своим характеристикам.

Ключевые слова: Спутниковая система; баллистическое проектирование; зона обзора; орбита; ширина полосы обзора; периодичность обзора; трасса

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2017

Вход