Математическое обеспечение интеллектуального тренажера по тестированию управляемого спуска космических аппаратов

04 апреля 2007 года
Лобашов Е.С.
(Аспирант 2 г.о., научный руководитель д.ф.-м.н. Лемак С.С.)

В работе разрабатывается математическое обеспечение интеллектуального тренажёра по тестированию управляемого спуска космических аппаратов.

В работе рассматривается два типа космических спускаемых аппаратов: корабль сегментально-конической формы - «Союз-ТМА», крылатая схема корабля «Клипер».

Интеллектуальный тренажёр позволяет воспроизвести перегрузки и угловые ускорения реального полёта в земных условиях, а также позволяет изучать их воздействие на пилота.

В состав тренажера включен интеллектуальный модуль тестирования качества управления спуском. Данный модуль позволяет по результатам тренировок получить оценку деятельности пилота - оператора. Тестирование проводится в рамках методики максиминного тестирования точности стабилизации управляемых систем.

На первом этапе методики тестирования интегрируются уравнения движения центра масс космического аппарата на участке траектории спуска.

Математическая модель движения объекта имеет шестой порядок. Начальные возмущения представляют собой отклонения от номинальных скоростей входа и углов входа аппарата в атмосферу. Постоянно действующие возмущения действующие на систему – это возмущение плотности атмосферы.

Для КЛА «Союз-ТМА» управление осуществляется путём изменения угла скоростного крена. Параметрические возмущение в системе представляют собой неточное определение аэродинамического качества и баллистического коэффициента аппарата. Для поиска оптимальной стратегии и контрстратегии решается дифференциальная игровая задача на максимин путём сведения к матричной игре большой размерности.

В случае КЛА «Клипер» управление осуществляется путем изменения двух углов: угла атаки и угла скоростного крена. Используя возможность редукции дифференциальной игры к геометрической игре. На основе анализа областей достижимости по управлению и возмущению вычисляются наихудшие параметры возмущений, а так же нижняя оценка точности решения задачи спуска.

Найденные на этом этапе наихудшие возмущения используются на втором этапе при проведении тренировок.

На второй этапе реализуется непосредственно тестирование, которое может быть проведено либо в компьютерном варианте, либо с помощью динамического стенда - центрифуга с управляемым кардановым подвесом ЦФ-18. В случае тестирования на динамическом стенде на тренажере реализуется алгоритм имитации перегрузок, возникающих при спуске аппарата.

На третьем этапе полученные оценки на первом и втором этапе сравниваются.