Методика МАИ повысит безопасность околоземных орбит и лунных миссий

Учёные Московского авиационного института разработали комплекс алгоритмов для повышения точности определения траекторий полёта орбитальных аппаратов. Методика даёт возможность вовремя выявлять и парировать угрозы столкновения спутников с орбитальными телами искусственного происхождения, космическим мусором и другими неуправляемыми объектами.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ по заказу Госкорпорации «Роскосмос», направленных на обеспечение безопасности космических полётов и проектирование многоспутниковых орбитальных группировок.

Как объяснила автор методики, аспирант института № 6 МАИ «Аэрокосмический» Марина Ковалева, в космосе на спутник действуют различные силы. Такие, как притяжение Солнца, Земли и Луны, сопротивление атмосферы, давление потока солнечного ветра, а также неравномерная работа собственных двигателей и другие. Кроме того, свои погрешности вносит измерительное оборудование. Поэтому расчётные данные всегда отличаются от фактической траектории полёта.

Чтобы предотвратить опасные сближения спутников с другими объектами, разработчики миссий строят вокруг модельных траекторий движения космических аппаратов так называемые «защищаемые сферы» — это пространственно-временные области, в которых с учётом всех возможных отклонений гарантированно будет находиться спутник во время реального полёта.

— Если, к примеру, такой «коридор» одного аппарата пересекается с «коридором» другого объекта (например, космического мусора), система фиксирует риск столкновения и рассчитывает вероятность опасного сближения. На основе этих данных специалисты принимают решения о необходимости манёвров уклонения. Этот подход позволяет гарантировать безопасность спутников даже в условиях, когда их точное расположение известно с некоторой долей погрешности, — рассказала Марина Ковалева.

В числе инноваций, заложенных в методику, — алгоритмы, которые сами понимают, где можно сократить число сеансов связи с аппаратом без потери точности. Также разработчик предложила применение кластерного анализа для фильтрации измерений. Его суть заключается в том, что алгоритмы автоматически находят и отбрасывают ошибочные измерения приборов, которые раньше отбрасывали вручную. Это позволяет значительно сократить вычислительные ресурсы, задействовать меньше операторов и обеспечить полёт большего числа космических аппаратов без увеличения количества наземных измерительных станций.

Предложенные алгоритмы задействованы в проектировании ближайших миссий облёта и посадки на Луну. Первую из них планируют осуществить в 2028 году. Согласно планам, станция выйдет на окололунную орбиту и приступит картографированию поверхности, чтобы выбрать безопасные площадки для будущих посадок. Затем, в 2029 и 2030 годах, к Южному и Северному полюсам естественного спутника Земли отправятся посадочные модули. 

Также разработанная методика востребована для проектирования траекторий полёта российский космических кораблей типа «Союз» и «Прогресс» и планирования манёвров Международной космической станции с целью парирования опасных ситуаций в околоземном космическом пространстве.

Кроме того, новые алгоритмы могут применяться в моделировании перспективных программ полёта многоспутниковых орбитальных группировок дистанционного зондирования Земли. Для этих систем особенно важно выдерживать заданное положение аппаратов относительно друг друга, чтобы они не перекрывали зоны обзора не образовывали «дыр» в непрерывной картине наблюдений. По словам Марины Ковалевой, в ходе тестовых расчётов разработанные алгоритмы давали возможность сопровождать группировки, состоящие из более чем 100 космических аппаратов.