Методы и алгоритмы синтеза технологий и программ управления реконфигурацией бортовых систем маломассоразмерных космических аппаратов

Аннотация

В современных условиях в сфере создания и применения существующих и перспективных космических средств (КСр) приобретают особую актуальность вопросы автономности и живучести при разработке и эксплуатации маломассоразмерных космических аппаратов (МКА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Специфика МКА заключается в том, что к процессу их создания трудно напрямую применить стандартную практику использования системы обеспечения надежности, принятую в ракетно-космической промышленности, из-за отсутствия возможности обеспечить полное структурное резервирование его бортовых систем (БС), связанное с массового-габаритными и другими ограничениями. В этом случае особую актуальность приобретают задачи разработки модельно-алгоритмических способов и подходов к обеспечению требуемого уровня показателей структурной надежности, живучести и, в целом, эффективности функционирования БС МКА. Проблема повышения уровня показателей автономности, живучести, эффективности функционирования сложных технических объектов (СТО), к которым, в частности, относятся МКА, в научной литературе рассматривается в совокупности с решением задач контроля, оценивания и технического диагностирования состояния СТО, проведения реконфигурации (структурной, функциональной, структурно-функциональной) структур СТО, управления ее резервами, альтернативного и многорежимного управления, анализа отказоустойчивости и катастрофоустойчивости СТО. Однако, все перечисленные исследования носят разрозненный и разобщенный характер как на методологическом, так и методическом и технологическом уровнях. В статье приводится обобщенное описание разработанных авторами комбинированных методов и алгоритмов решения задач синтеза технологий и программ управления реконфигурацией БС для повышения живучести МКА. При этом данные задачи и решаются не изолировано, а комплексно в рамках общей проблемы проактивного управления структурной динамикой МКА с использованием, либо без использования средств НКУ, что обеспечивает оперативность, обоснованность, полноту, замкнутость и непротиворечивость синтезируемых управленческих решений. Новизна предложенного в статье подхода состоит в том, что ее авторы, базируясь на сформулированных ими концепциях комплексного (системного) моделирования, проактивного управления структурной динамикой БС МКА, а также интеллектуализации процессов проактивного управления БС МКА, разработали методы и алгоритмы синтеза технологий и программ управления реконфигурацией БС МКА, обеспечивающие, во-первых, ситуационный выбор оптимальной последовательности выполнения операций и распределения ресурсов МКА с использованием и без использования средств НКУ, и, во-вторых, эффективное парирование не только расчетных, но и нерасчетных аварийных полетных ситуаций (АПС), а также оперативное восстановление работоспособности его БС. Конструктивность предложенного подхода иллюстрируется на примере решения задачи гибкого перераспределения задач обработки информации между БС МКА и НКУ МКА.

Abstract

In modern conditions, in the field of the creation and use of existing and advanced space vehicles (SV), the issues of autonomy and survivability acquire particular relevance in the development and operation of small-mass spacecraft (SMS) for Earth remote sensing (ERS). The specificity of the small spacecraft lies in the fact that it is difficult to directly apply to the process of their creation the standard practice of using the system for ensuring the reliability of the rocket and space industry due to the lack of the ability to provide full structural redundancy of its onboard systems (OBS) associated with mass-dimensional and other restrictions. In this case, the tasks of developing model-algorithmic methods and approaches to ensuring the required level of indicators of structural reliability, survivability and, in general, the effectiveness of the functioning of the MCA OBS become of particular relevance. The problem of increasing the level of indicators of autonomy, survivability, efficiency of functioning of complex technical objects (CTO), which, in particular, SMS belong, is considered in the scientific literature in conjunction with solving problems of control, assessment and technical diagnostics of the state of the CTO reconfiguration (structural, functional, structural-functional reconfiguration) of CTO structures, management of its reserves, alternative and multi-mode control, analysis of fault tolerance and disaster recovery of CTO. However, all of these studies are fragmented, both at the methodological and methodological and technological levels. The article provides a generalized description of the combined methods and algorithms developed by the authors for solving the problems of synthesis of technologies and programs for controlling the OS reconfiguration to increase the survivability of the SMS. At the same time, these tasks are solved not in isolation, but in a comprehensive manner within the framework of the general problem of proactive management of the structural dynamics of SMS with or without the use of GCC tools, which ensures the efficiency, validity, completeness, isolation and consistency of synthesized management decisions. The novelty of the approach proposed in the article is that its authors, based on the concepts of integrated (system) modeling, proactive control of the structural dynamics of the OS SMS, as well as the intellectualization of the processes of proactive control of the OS SMS, developed methods and algorithms for the synthesis of technologies and programs. Control of the reconfiguration of the MCS BS, providing, firstly, the situational choice of the optimal sequence of operations and the allocation of SMS resources with and without the use of GCC facilities, and, secondly, effective parrying not only of the calculated ones, but also off-design emergency flight situations (EFS), as well as the operational restoration of the operability of its OS. The constructiveness of the proposed approach is illustrated by the example of solving the problem of flexible redistribution of information processing tasks between the OS SMS and the SMS GCC.