Создание методов и программ для проектно-баллистического исследования полетов перспективных космических аппаратов и решение актуальных задач астродинамики, теоретической и небесной механики

Целью исследования является создание опережающего научного задела в области управления ориентацией и орбитальным движение малых космических аппаратов (МКА) как одиночных, так и в групповом полете. Сюда включается создание методов и средств синтеза алгоритмов управления и определения углового движения с учетом имеющихся ограничений по измерительной информации, управляющим воздействия и вычислительным возможностям. Итоговое движение должно обеспечивать выполнение требований целевой аппаратуры. Разработка средства математического и компьютерного моделирования, способных подтвердить полученные характеристики алгоритмов, методики аналитических, численных и лабораторных исследований характеристик управляемого относительного движения в миссиях группового полёта. Разработка новых устойчивых и простых алгоритмов для навигации и управления космическими аппаратами в ближнем и дальнем космосе и предварительный анализ перспективных миссий на их основе. На 2025 год Создание задела в области управления ориентацией КА для решения задач ДЗЗ, задач высокоскоростной передачи данных по направлениям спутник-наземная станция, наземная станция-спутник и спутник-спутник, получение новых результатов в области управления распределёнными системами с использованием естественных сил на низких околоземных орбитах, разработка методик проектирования траекторий перелета к Луне и другим планетам Солнечной системы с использованиенм малой тяги. В настоящее время спутники малой массы и размеров позволяют решать технологические, научные и прикладные задачи на уровне, конкурирующем по отдельным направлениям с большими КА. При этом разработка малых аппаратов требует в силу используемых нетрадиционных регламентов меньше времени и обходится дешевле. Стоит, однако, отметить, что зачастую требования к системе ориентации оказываются сравнимыми с таковыми для больших аппаратов при существенно меньших аппаратных возможностях. Выполнение требований во многом ложится на плечи разработчиков математического обеспечения. Задел, полученный в рамках исследования, будет использован для разработки математического обеспечения для отечественных малых КА. Использование разрабатываемых подходов и математических средств в интересах миссий группового полёта на основе малых спутников значительно расширяет круг решаемых народно-хозяйственных и научных задач в области оперативного дистанционного зондирования Земли и исследования ионосферных явлений. Актуальность разработки устойчивых и простых алгоритмов для навигации и управления КА в ближнем и дальнем космосе связана с повышенным интересом научных организаций, частных фирм и государств к освоению окололунного пространства и Луны, задачами демонстрации и испытания собственных технологий и решением научных задач. Это направление соответствует общемировому тренду миниатюризации не только околоземных, но и межпланетных КА. Появляющиеся проекты миссий в околоземном пространстве и дальнем космосе имеют сходные черты и характеризуются многомерными параметрическими пространствами. Требуется создание быстрых и простых математических и программных инструментов для предварительного анализа миссий. Такие инструменты во многом строятся вокруг управления с обратной связью с доказанной асимптотической устойчивостью. Актуальным является разработка и освоение методов проектирования траекторий перелета на окололунные орбиты для аппаратов, отделяемых от основного аппарата в миссии к Луне. Подобные траектории характерны для миссий кубсатов, отделяемых от основного аппарата на геоцентрическом участке, например, МКА EQUULEUS. Стремление к расширению знаний о Солнечной системе и ее пределах требует новых, устойчивых и желательно автономных методов навигации и управления в дальнем космосе на быстрых гиперболических траекториях. Эти подходы будут основываться на недавних исследованиях коллектива относительного движения на гиперболических орбитах. На дальних расстояниях от Земли высокую ценность приобретают автономные методы управления, парирующие неопределенность или нештатные ситуации. В связи с этим актуальным выглядит создание интеллектуальных методов управления с такими функциями. Эти подходы естественным образом строятся на базе современных методов машинного обучения с подкреплением, уже зарекомендовавших себя в решении ряда задач механики космического полета. Сочетание высоких требований к динамике аппаратов наряду с их ограниченными возможностями диктуют необходимость применения методов искусственного интеллекта. Размещение станции наблюдения за Солнцем на орбитах вокруг точек либрации позволит своевременно готовиться к изменению космической погоды и солнечным вспышкам. Выбор подходящей орбиты и предварительный анализ траекторий перелета на такие орбиты является актуальной задачей, которая решается с использованием классических методов построения траекторий перелета и теории динамических систем.