Полеты в космос. Оперативное управление космическими аппаратами. Моделирование полета КА (лекция 6)

1. Полеты в космос. Оперативное управление космическими аппаратами

Моделирование полета КА
Профессор
В.А. Соловьёв

2.

«…Моделирование – это практическое или
теоретическое исследование объекта, при
котором непосредственно изучается не сам
интересующий нас объект, а некоторая
вспомогательная, искусственная или
естественная система…»
(Алексей Андреевич Ляпунов)

3.

Модели
Модель ( modele (фр.), modulus (лат.) – мера, аналог,
образец; упрощенное представление реального
устройства и/или протекающих процессов, явлений.
Основные требования:
Адекватность или взаимно – однозначное
соответствие модели исходной реальной системе;
Точность – степень совпадения результатов работы
модели и реального объекта;
Целесообразность, простота и экономичность.

4.

Моделирование
Моделирование – исследование объектов познания на их моделях.
Концептуальное
Моделирование
Физическое (натурное)
Математическое
Концептуальное (содержательное) моделирование - метод, основанный на
определении множества понятий и связей, являющихся смысловой
структурой рассматриваемой предметной области.
Физическое моделирование – метод экспериментального изучения
физических явлений, основанный на физическом подобии.
Математическое моделирование – метод, основанный на математическом
представлении реальности.

5.

Глубина моделирования
Математические
модели
Аналитические
модели
Имитационные
модели
Модели, реализующие
численные методы расчета
Цифровые модели
Глубина моделирования:
При моделировании сложной системы используется совокупность
нескольких моделей с постепенным увеличением сложности и
детализации.
В зависимости от глубины анализа системы простые модели заменяются
все более сложными.
Необходимо учитывать, что часто переход к аналитическим моделям
связан с упрощением реальной ситуации.

6.

Оценка глубины моделирования
Затраты на
испытания
Затраты
Затраты на
моделирование
0
λopt
1
λ – показатель имеет экономический характер.
Значение λ =1 соответствует полностью отработанной системе.
Для реальных случаев λopt= 0,6 – 0,7 λ
λ

7.

Модели для управления полетом КА
Моделирование – воспроизведение сложной системы при
помощи другой:
1.Более простой
2.Более доступной для изменения характеристик и
наблюдения поведения

8.

Классификация моделей для управления полетом КА
Модели

9. Классификация моделей для управления полетом КА

Модели, используемые в процессе управления полетом КА
Стендовая база
Физические
модели
Трехмерное
моделирование
Моделирование
полей зрения антенн
Математические
модели
Комплексный моделирующий стенд
Комплексные
модели
10

10.

Физические модели КА

11. Физические модели КА

Физические моделирование внешней компоновки

12.

Физические моделирование внутренней
компоновки и интерьеров

13. Физические моделирование внутренней компоновки и интерьеров

Задачи математического моделирования
для управления полетом КА
Математическая модель должна обеспечивать:
• Моделирование работы бортовых систем КА и происходящих
в них процессов;
• Отклик моделирующих систем КА на управляющие
воздействия;
• Моделирование движения КА (цента масс и вокруг центра
масс);
• Генерирование потока телеметрической информации;
• Моделирование информационных связей комплекса средств
наземной части системы управления полетом;
• Ввод нештатных ситуаций в модели бортовых систем КА.

14. Задачи математического моделирования для управления полетом КА

ВЗАИМОСВЯЗЬ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Модель плотности
атмосферы
Модель
гравитационного
поля Земли
Модель
расчета
ориентации и
уставочной
информации
для закладки
на борт
Модель расчета
энергоприхода
Модель движения
центра масс МКС
Модель
автономного
участка
сближения
Модель создания
динамических
циклограмм
Модель
относительного
движения двух или
нескольких тел
Модели научной
аппаратуры для
расчета
целеуказаний
Модели работы
двигателей
Модель полей
зрения антенн,
научной
аппаратуры,
аппаратуры,
иллюминаторов
Трехмерная
математическая
модель МКС

15. ВЗАИМОСВЯЗЬ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Управление полетом КА
Планирование полета
Коррективы к
разработанному
плану
Реализация разработанного плана
Контроль полета
Продолжение
полета по
разработанному
плану
(N)
Результаты контроля
норма
(N)
не норма
(Ñ)
Принятие решения по результатам
контроля
(Ñ)
Выполнение
оперативных
мероприятий по
парированию
нештатной
ситуации

16. Управление полетом КА

Место моделирования
Обеспечение
исходными данными
Оперативное
принятие решений
Планирование
полета
Реализация
программы полета
Быстрый просмотр
возможных вариантов
Анализ
Контроль исполнения и
автоматизированный
анализ
Расчет целеуказаний
для операций с
полезной нагрузкой
Расчет уставочной
информации
Верификация
управляющей
информации
Визуальное
отображение
операций

17. Место моделирования

Виды моделирования полетных операций

18.

Численное моделирование полетных операций

19.

Отображение баллистической обстановки при стыковке
ТК «СОЮЗ ТМА-06М»

20.

Отображение фазовой траектории
автономного сближения

21.

Входная информация для прогноза энергоприхода от СБ
1) данные о начальных условиях для расчета (прогноз
векторов состояния МКС);
2) дата и время интервала моделирования энергоприхода;
3) ориентация МКС на интервале моделирования;
4) данные о положении подвижных элементов МКС на
интервале моделирования с указанием даты, времени и
зоны фиксации положения каждого из элементов;
5) конфигурация МКС на интервале расчета.

22.

Пример моделирования энергобаланса
Приход
Расход
Емкость Время
23

23.

Моделирование режимов работы
средств кислородообеспечения РС МКС
24

24. Моделирование режимов работы средств кислородообеспечения РС МКС

Графическое моделирование полетных операций

25.

Схема перестыковки ТК «СОЮЗ ТМА-14»

26.

Траектория прохождения «ПРОГРЕССА М-12М» при
сближении с МКС

27.

Траектория прохождения зон НИП «АРХЫЗ» в поле зрения
аппаратуры космического эксперимента СЛС

28.

Визуальное моделирование полетных операций

29.

Моделирование затенений антенн РС МКС
30

30.

Расчет зон связи с помощью моделирования
31

31.

Отображение расстыковки ТК «СОЮЗ ТМА-20» от МКС в
связке с ОК «Шаттл»

32.

Вид стыковочной мишени при стыковке
«ПРОГРЕССА М-15М» расстоянии 40 метров от МКС

33.

Вид стыковочной мишени при расстыковке ТК «СОЮЗ
ТМА-М» на расстоянии 20 метров от МКС

34.

Облет при сближении и стыковке к МКС "Прогресса М-67"

35.

Комплексный моделирующий стенд
задачи
Комплексный моделирующий стенд предназначен для решения
следующих задач:
• Отработка методик управления бортовым контуром управления КА ;
• Отработка детального плана полета (номинального и резервного);
• Проверка сеансов связи;
• Проверка взаимодействия ПО бортового и наземного контуров
управления
• Отработка бортовой документации ;
• Подготовка персонала ГОГУ к управлению полетом;
• Сопровождение полета КА (в режиме опережения);
• Послеполетное моделирование (при необходимости).
36

36.

Комплексный моделирующий стенд
структура
37

37.

СХЕМА СБЛИЖЕНИЯ И СТЫКОВКИ ТПК «СОЮЗ» С МКС

38. СХЕМА СБЛИЖЕНИЯ И СТЫКОВКИ ТПК «СОЮЗ» С МКС

Моделирование процесса стыковки
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ
СИСТЕМЫ
ЭНЕРГОПИТАНИЯ
ПОЛЕТНАЯ
ДОКУМЕНТАЦИЯ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ СЕАНСОВ
СВЯЗИ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЦИКЛОГРАММЫ
СТЫКОВКИ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
ДВИЖЕНИЕМ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ
ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ
УСЛОВИЯ И
ОГРАНИЧЕНИЯ
НА ЦИКЛОГРАММУ
СТЫКОВКИ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ
ОТНОСИТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ
МКС – ТПК «СОЮЗ»
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ
ОРБИТАЛЬНОЙ МКС
РЕЗУЛЬТАТЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ
НАСА
(ЦУП - Х)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
ОПИСАНИЕ
КОНФИГУРАЦИИ
МКС

39. Моделирование процесса стыковки

ТПК «Союз» в составе РС МКС

40. ТПК «Союз» в составе РС МКС

Конец лекции