Методы совместного решения задач наведения научной аппаратуры , навигационной обработки изображений и управления полётом космических аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Боровихин Павел Александрович

• Боровихин Павел Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Боровихин Павел Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НАБЛЮДЕНИЕ ЗАДАННЫХ ОБЪЕКТОВ С БОРТА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

1.1. Обзор публикаций на тему планирования экспериментов, связанных с наведением научной аппаратуры на исследуемые

объекты с борта космических аппаратов

1.2. Наблюдение групп объектов при заданных критериях оптимальности

1.2.1. Формализация планирования наблюдений в виде задачи линейного программирования

1.2.2. Выполнение наблюдений с помощью нескольких комплектов аппаратуры наведения

1.2.3. Приближенные биоинспирированные методы наведения

научной аппаратуры на группы изучаемых объектов

1.3. Использование средств наведения научной аппаратуры на борту Российского сегмента Международной космической станции

1.4. Выводы по Главе

ГЛАВА 2. НАВЕДЕНИЕ АППАРАТУРЫ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ

2.1. Наведение научной аппаратуры в условиях значительной неопределенности исходных данных

2.2. Определение положения блика Солнца на поверхности планеты относительно космического аппарата

2.3. Управление наведением научной аппаратуры на борту

Российского сегмента Международной космической станции

2.4. Выводы по Главе

Стр.

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПО СНИМКАМ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАНЕТЫ

3.1. Обзор публикаций на тему использования изображений

поверхности планеты в навигационных целях

3.2. Использование ортотрансформированных снимков поверхности планеты для определения положения космического аппарата

в момент съемки

3.3. Примеры определения положения космического аппарата

по снимкам планеты

3.4. Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы совместного решения задач наведения научной аппаратуры , навигационной обработки изображений и управления полётом космических аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

При управлении полетами космических аппаратов (КА) выполняется наведение научной аппаратуры (НА) на исследуемые объекты, которыми могут быть цели, расположенные на поверхности или в атмосфере Земли, планеты и их спутники, а также астрономические объекты или другие КА. Если НА жестко установлена на корпусе КА, то наведение НА на объекты осуществляется путем разворота КА. В случае если КА снабжен подвижными платформами наведения (ППН), на которых установлена НА, наведение осуществляется с помощью разворотов ППН. Планирование и выполнение наведения НА включает в себя решение нескольких задач, из которых в данной работе рассматриваются задачи, связанные с управлением и баллистическим обеспечением.

При проведении наблюдений в процессе полета КА необходимо обеспечить требуемую точность и надежность наведения, что достигается точным и надежным определением взаимного положения КА и исследуемых объектов. В связи с этим актуальны задачи совершенствования применяемых методов навигации КА и разработки новых. Для дальних космических экспедиций, в которых невозможно использование спутниковых радионавигационных систем, особенно важны методы автономной навигации.

На основании навигационных данных, полученных с помощью измерений, рассчитываются углы поворота КА или ППН, позволяющие направить оси чувствительности (визирования) НА на исследуемые объекты. Если положения объектов относительно КА известны недостаточно точно, необходимы специальные методы, позволяющие повысить вероятность успешного наведения НА на такие объекты.

Каталоги изучаемых объектов обычно содержат значительное их количество, поэтому при управлении полетом КА требуется найти оптимальную программу наведения на объекты по выбранным критериям, с учетом баллистических и ресурсных ограничений. В качестве критериев оптимальности

могут выступать, например, полученная каким-либо способом оценка ожидаемой эффективности исследований, требующая максимизации, сумма разворотов КА или ППН, которую рекомендуется свести к минимуму, и другие.

В процессе полета КА успешное наведение НА на наблюдаемые объекты обеспечивается совместным решением перечисленных выше задач.

Таким образом, актуальной задачей является разработка и внедрение как наземных, так и бортовых средств наведения НА в ходе управления полетом, которые позволяют оптимизировать программы наблюдений с борта КА.

Целью данной работы является повышение эффективности наблюдений исследуемых объектов с борта КА, достигаемое специально разработанными методами наведения комплектов НА, а также новыми дополнительными методами определения орбиты (траектории движения) КА. Под эффективностью исследований понимается их информативность - количественная оценка объема полезной научной информации, получаемой в результате проведения экспериментов при выполнении заданных условий и ограничений, в том числе на расход ресурсов.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

- выбрать критерии оптимальности для наведения НА на изучаемые объекты и предложить новые, чтобы использовать их при управлении КА;

- разработать методы оптимизации наблюдений как отдельных объектов, так и их групп с учетом одновременного использования нескольких КА и/или ППН для наведения НА;

- разработать методы, позволяющие определять и уточнять положение КА в пространстве и его орбиту (траекторию движения);

- изучить другие факторы, снижающие вероятность успешного наведения НА, и предусмотреть меры борьбы с ними;

- внедрить разработанные методы в программно-математическом обеспечении (ПМО) космических экспериментов (КЭ) на МКС.

Объектом исследований являются методы управления полетом КА,

связанные с обеспечением наблюдений изучаемых объектов.

Предметом исследований является разработка новых методов, обеспечивающих надежное и оптимальное наведение НА для наблюдения исследуемых объектов с борта КА, и их реализация в виде наземного и бортового ПМО Российского сегмента (РС) МКС.

Методы исследований:

1) моделирование условий наблюдения объектов с помощью баллистических моделей движения КА и математических моделей наведения аппаратуры, установленной на КА;

2) методы оптимизации (как точные, например, применяемые в линейном программировании, так и приближенные, основанные на эвристических алгоритмах) для наведения НА согласно заданным критериям и ограничениям;

3) теоретико-вероятностные методы учета погрешностей исходных данных, позволяющие снизить вероятность ошибок наведения;

4) методы фотограмметрии и обработки изображений для планетографической привязки снимков, сделанных с борта КА, и определения по ним положения и орбиты КА.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

- использованием корректных математических моделей и методов, а также эвристических решений, полученных на основе изучения экспериментальных данных и математических моделей;

- разработкой для прикладных задач нескольких альтернативных решений, позволяющих выполнить взаимную проверку результатов;

- практикой применения ПМО, подготовленного с участием автора диссертации, при наземной подготовке и проведении КЭ на РС МКС и обработке их результатов.

Научная новизна работы:

1) разработаны методы наведения НА на исследуемые объекты, позволяющие оптимизировать программы наблюдения, в том числе с использованием нескольких раздельно наводимых комплектов НА;

2) в качестве новых критериев эффективности наблюдений Земли используются ожидаемое пространственное разрешение снимков и ожидаемая вероятность успешного наведения НА на заданные объекты;

3) в условиях значительной неопределенности данных о взаимном положении снимаемых объектов и съемочной аппаратуры предложено при наведении аппаратуры на наблюдаемые объекты использовать методы искусственного рассеивания, что обеспечивается способами, которые защищены патентами РФ [84, 85, 86, 87, 96, 97, 98, 108];

4) для коррекции ошибок, вызываемых неточностью текущих баллистических данных, предложены защищенные патентами РФ [92, 93, 94, 95, 99, 100] способы определения положения и орбиты КА по сделанным с его борта снимкам поверхности планеты;

5) предложенные методы впервые реализованы на борту РС МКС при выполнении наблюдений исследуемых объектов.

Практическая значимость результатов. Полученные результаты расширяют возможности и повышают надежность выполнения на борту КА работ, связанных с наведением НА на изучаемые внешние объекты. Основанные на предлагаемых алгоритмах программные средства позволяют:

1) наземным специалистам составлять в соответствии с различными критериями оптимальные программы наведения на исследуемые объекты нескольких комплектов НА с борта одного или нескольких КА;

2) экипажам МКС и перспективной российской орбитальной станции, в соответствии с рекомендациями наземных служб и специалистов, эффективно планировать и проводить научные эксперименты по наблюдению поверхности Земли (используя один или несколько комплектов НА);

3) при выполнении съемок объектов в условиях неопределенности исходных данных повысить надежность наведения за счет использования методов искусственного рассеивания;

4) при существенных (с точки зрения успешного проведения экспериментов) отклонениях текущих баллистических данных от корректных

значений осуществлять их коррекцию с использованием изображений поверхности планеты, в том числе в экспедициях к Луне, планетам и их спутникам;

5) применять разработанные алгоритмы для наземной подготовки и тренировки экипажей пилотируемых КА как с использованием макетов научной аппаратуры, так и без него.

В ПАО «РКК «Энергия» имени С.П. Королёва» в работах по тематике предприятия внедрены:

1) наземное и бортовое ПМО для оптимального планирования экспериментов с учетом как прогнозируемых баллистических условий, так и приоритетности наблюдаемых объектов согласно нескольким критериям;

2) наземные и бортовые программные средства, которые повышают эффективность планирования и выполнения съемок наземных объектов в условиях значительной неопределенности исходных данных;

3) автоматизированное рабочее место, позволяющее наземному оператору, используя снимки поверхности планеты, определять для моментов фотографирования координаты КА, с борта которого велась съемка;

4) комплекс наземных и бортовых программных средств для подготовки и коррекции «двухстрочных элементов» (TLE), а также наглядного отображения баллистического прогноза по «двухстрочным элементам».

Положения, которые выносятся на защиту работы:

1) методы оптимального наведения НА на исследуемые объекты по нескольким критериям при заданных ограничениях, в том числе с одновременным использованием нескольких раздельно наводимых комплектов НА;

2) методы наведения НА в условиях неопределенности исходных данных с применением искусственного рассеивания направления съемки;

3) методы, позволяющие определить орбиту КА и поправку к текущим баллистическим данным по снимкам планеты, сделанным с борта КА;

4) Реализация и использование разработанных методов на PC МКС.

Личный вклад автора. Автор самостоятельно поставил задачу повышения вероятности успешной съемки объектов и предложил решения как этой задачи, так и задач навигации по снимкам планеты, повышения информативности наблюдений и выбора ее дополнительных критериев.

Автором также разработано ПМО для наземной отработки предложенных им алгоритмов и подготовлены рекомендации по их внедрению на борту РС МКС, а также реализована значительная часть бортового ПМО по теме работы.

Апробация работы. Материалы, представленные в диссертации, рассмотрены и обсуждены на XXIV и XXV международных конференциях по интегрированным навигационным системам, Санкт-Петербург, 2017, 2018 [72, 107]; XLVI, XLVП, XLVШ, И, LП, LШ, LIV, ЦУ научных чтениях, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э. Циолковского, Калуга, 20112013, 2016-2020 [14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 46, 63, 69, 114]; XLI Академических чтениях по космонавтике памяти академика С.П. Королёва, Москва, 2017 [71]; XIV Всероссийской мультиконференции по проблемам управления, Геленджик, 2021 [70].

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 37 печатных работ, из них 4 публикации [41, 64, 68, 81] в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 15 патентов РФ [84, 85, 86, 87, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 108] и 18 публикаций в трудах конференций [8, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 46, 59, 63, 69, 70, 71, 72, 107, 114]. Общий объем 12,6 п.л./4,1 п.л.

Объем и структура работы. Материалы работы изложены на 158 страницах, включая введение, три главы, общие выводы и заключение, приложение, перечень принятых сокращений и список использованной литературы, содержащий 126 наименований (включая ссылки на ресурсы в интернете). Материалы содержат 41 рисунок и 14 таблиц.

Автор выражает благодарность к.т.н. Д.Ю. Караваеву за разработку программы баллистико-навигационного сопровождения экипажа МКС «Сигма», в которую алгоритмы, предлагаемые автором, интегрированы в виде дополнительных функций, и за консультации при подготовке данной работы.

ГЛАВА 1. НАБЛЮДЕНИЕ ЗАДАННЫХ ОБЪЕКТОВ С БОРТА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Постановка задач, требующих наведения НА на изучаемые объекты, существенным образом зависит от условий экспериментов, в частности, от особенностей используемой аппаратуры. Это не исключает обоснованного использования общих подходов для решения задач с различным аппаратным обеспечением, а также применения методик, используемых при планировании в других областях научно-технической деятельности.

В этой главе предлагаются общие методы, позволяющие составлять оптимальные по заданным критериям программы наведения нескольких комплектов НА на изучаемые объекты с борта как одного КА, так и нескольких, как с использованием ППН, так и без их применения. При этом учитываются имеющийся опыт планирования КЭ и аналогии с задачами маршрутизации различных транспортных средств. Заключительная часть главы посвящена использованию предложенных методов для обеспечения КЭ на борту РС МКС.

1.1. Обзор публикаций на тему планирования экспериментов, связанных с наведением научной аппаратуры на исследуемые объекты с борта космических аппаратов

Широкий круг задач управления научно-исследовательским КА рассмотрен в [9]. В разделах, посвященных планированию наблюдений, поставлены задачи и предложены подходы к их решению, актуальные и для данной диссертации: расчет прохождений КА над точками земной поверхности при заданных ограничениях; аналогия между «задачей коммивояжера» и задачей последовательного наведения аппаратуры на заданные объекты; формулировка этой и других задач в терминах линейного программирования - подход, получивший дальнейшее развитие, например, в [11, 12, 13]. Методики, описанные

в [9], применялись для кораблей «Союз» и орбитальных станций (ОС) «Салют», а в дальнейшем адаптировались для ОС «Мир» и МКС [1, 10].

В статье [25] подведен итог проведения КЭ на борту МКС за первые 10 лет ее существования. Наряду с другими особенностями планирования, проведения и анализа экспериментов отмечены такие, как планирование наблюдений Земли в определенных временных «окнах» и в основном для надирных иллюминаторов, расположенных в СМ РС МКС. Также отмечена актуальность задачи по усовершенствованию ПМО с тем, чтобы распространить сроки моделирования условий проведения экспериментов на интервалы до месяца и полугода.

Статья [60] посвящена повышению эффективности формирования долгосрочных программ научно-прикладных исследований для РС МКС путем автоматизации процесса принятия решений с применением информационных технологий, включая сетевые. Особое значение придается рациональной организации экспертизы и отбора заявок на проведение новых КЭ и продолжение уже ведущихся, развитию баз данных, содержащих результаты проведенных КЭ. Несмотря на то, что пути повышения эффективности краткосрочного планирования КЭ в данной статье не рассматриваются, изложенные в ней подходы (такие как информационное моделирование предметной области и использование интегрированных сетевых средств информационной поддержки) актуальны и для других этапов принятия решений, требующих экспертизы (например, выбор показателей эффективности для программ экспериментов).

Вопросы долгосрочного планирования научных исследований на РС МКС рассматриваются также в [33]. Среди признаков отбора экспериментов для годовой программы называется «выполнение необходимого количества сеансов или других критериев реализации», указанных в документации на КЭ.

В статье [7] рассматривается обновленная система автоматизации средств планирования полета РС МКС, основанная на модульном принципе и единой структуре данных и решающая такие задачи, как обеспечение непрерывного высокоавтоматизированного планирования, комплексной проверки выполнения правил и ограничений полетных операций, рационализация информационного

обмена с иностранными партнерами, оптимизация интерфейсов и анализ выполнения программы полета. Отмечается, что постоянно модернизируется система планирования операций американского сегмента МКС, в связи с чем требуется осуществлять соответствующие изменения и на РС МКС. В числе ведущихся разработок названы система формирования планов членами экипажа МКС для условий отсутствия связи с Землей и средства, связанные с поддержкой планируемых операций бортовым комплексом управления.

В работе [103], посвященной автоматизации планирования полетов долговременных ОС, отдается предпочтение принципу «от общего к частному», что объясняется сложностью и вероятностным характером прогноза и планирования условий длительных экспедиций. Кроме того, вследствие высокой размерности задачи такого планирования делается вывод, что она не может быть решена методами математического программирования и необходимо привлечь методы, основанные на принципах искусственного интеллекта.

Двухтомное учебное пособие [90, 91] содержит систематическое изложение различных задач управления полетами КА (как пилотируемых, так и автоматических), теоретических оснований и способов их решения в рамках общего подхода к управлению космическим полетом как к поддержанию параметров состояния КА в заданной целевой области пространства состояний. В частности, представлен обзор подходов к оптимальному планированию временных условий КЭ с ориентировкой на результаты работы [9]. В ряду тенденций развития методов управления полетом КА отмечаются, среди прочих, расширение возможностей для решения задач управления на борту КА, совершенствование и оптимизация методов планирования полета.

Представляют также интерес публикации на тему планирования полетов КА в такой интенсивно развивающейся области, как съемки земной поверхности автоматическими спутниками дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Одной из главных тем монографии [58] является оптимизация оперативного планирования космических систем наблюдения (путем как изменения положения нескольких КА в пространстве, так и управления их бортовой съемочной

аппаратурой), которая рассматривается как задача дискретного математического программирования или задача маршрутизации с бинарными параметрами и ограничениями в виде неравенств. Отмечается, что наиболее развитыми для решения задач такого типа являются различные методы линейного программирования, но дается обзор и других методов. Предложен единый методический подход к оптимизации оперативного планирования с учетом одного или нескольких критериев оптимальности, допускающий разные варианты реализации процедур формирования оптимальных планов. В частности, предлагается на этапе выбора предпочтительного варианта решения использовать метод оценки эффективности с помощью линейной свертки критериев (как и в статье [110], посвященной формализации планирования операций разнотипных КА ДЗЗ), не исключая альтернативного применения других методов свертки.

Зарубежному опыту планирования миссий КА по наблюдению заданных объектов посвящен обзор [47]. На основе материалов наиболее рейтинговых международных конференций и семинаров критически рассматривается традиционный подход к планированию, при котором планы полетных операций составляются наземными службами. Приводятся примеры новых решений, как уже применяемых в экспериментальном порядке, так и перспективных (на время выхода обзора). Резюмируется, что основным инновационным подходом является тот, при котором «спутникам передаются не целевые данные, а детальные планы, определяющие временные параметры проведения съемок и передачи данных на Землю». Расчет этих параметров производится на борту спутников, что создает условия для преодоления недостатков традиционного подхода. При этом автономное адаптивное планирование на борту спутников может сочетаться с адаптивным информационным взаимодействием между ними.

Близким к условиям практического использования результатов данной диссертации на борту МКС представляется описанный в [47] частный случай группировки спутников в виде компактного кластера, в составе которого все КА «имеют практически одни и те же окна видимостей целей наблюдения и наземных станций», что аналогично случаю многоцелевой ОС с комплексом НА.

В тематически связанной с [47] работе [30] предлагается концепция обслуживания заявок со стороны наземных заказчиков кластером малых КА, согласно которой в рамках группировки спутников достигается полная автономность при решении разнообразных базовых задач планирования (от порядка обмена информацией до планирования и реализации выполнения заявок).

По итогам знакомства с публикациями, вошедшими в краткий обзор, следует отметить важность методов линейного программирования для решения задач планирования научных экспериментов, связанных с наблюдениями Земли с борта КА. Этот подход развивается и в данной работе - используются формулировки в терминах линейного программирования, а в интегральную оценку эффективности экспериментов, составленную в виде свертки критериев, добавляются новые элементы.

Отмеченным в обзоре тенденциям к расширению возможностей планирования на борту КА соответствует включение функций, предложенных в данной диссертации, в бортовое ПМО экспериментов на РС МКС.

1.2. Наблюдение групп объектов при заданных критериях оптимальности

1.2.1. Формализация планирования наблюдений в виде задачи линейного программирования

Допустим, на определенный интервал времени составлен список прохождений КА (спутника планеты) мимо объектов, заданных на поверхности планеты, при условии их прямой видимости с борта КА (без учета вероятной облачности). Такие прохождения можно обозначить о^, где г - порядковый номер прохождения, то есть целое число в диапазоне от 1 до некоторого N (общего числа прохождений). Разными считаются прохождения КА мимо разных объектов (независимо от их пространственной близости по отношению друг к другу), а также прохождения мимо одного и того же объекта на разных витках орбиты.

Таким образом, каждому объекту выделена часть значений внутри общего одномерного массива индексов. (При необходимости можно перейти к двухиндексной записи, при которой первым индексом обозначен номер объекта, а вторым - порядковый номер рассчитанного прохождения КА мимо этого объекта.) При планировании реальных наблюдений не обязательно должны использоваться все найденные таким образом прохождения. Условимся считать, что если прохождение с каким-либо значением индекса г входит в данную запланированную последовательность наблюдений, то соответствующее значение величины 01 = 1, а если не входит, то о^ = 0.

Исключаться из списка наблюдений конкретное прохождение, обозначаемое бинарной переменной о^, может по различным причинам. Например, при съемках в разное время могут использоваться разные модели фотоаппаратуры с различными настройками и задачами съемки, так что требуемое минимальное расстояние между целью и КА не будет одним и тем же для всех прохождений.

Такие условия можно задать в форме неравенств: , ^¿О; > г = 1,...,Ы.

Здесь - минимальное расстояние между КА и объектом при прохождении с номером г, ^ и - соответственно верхний и нижний пределы диапазона, внутри которого по условиям планирования должна находиться величина при данном прохождении.

Аналогичным образом требования, например, к допустимой угловой высоте Солнца над местными горизонтами наблюдаемых объектов могут различаться для разных прохождений и также задаваться неравенствами.

Некоторые ограничения могут связывать друг с другом разные прохождения. Например, из-за ограничений по ресурсам может потребоваться, чтобы за выбранный интервал для наблюдений было использовано не более К прохождений КА мимо объектов из списка:

ЕУ о; < К.

Число всевозможных сочетаний значений бинарных переменных o¿ равно 2N, а те из этих сочетаний, которые удовлетворяют данной системе неравенств, составляют множество ее допустимых решений.

Таким образом, мы естественным путем приходим к формулировке ограничений задачи наблюдения в виде системы линейных неравенств [35], в данном случае с целочисленными бинарными переменными. Возможные условия, имеющие нелинейный характер, в ряде случаев можно линеаризовать.

В общем виде линейные ограничения задачи планирования наблюдений можно записать следующим образом:

N

^ cijiOi > bj, j = l,...,m,

¿=i

N

j = m + l,...,M.

¿=i

Значения ay¿, bj, m и M зависят от конкретного набора условий.

Ограничения могут оказаться настолько строгими для конкретной задачи, что система соответствующих неравенств не будет иметь допустимых решений. Тогда может быть рассмотрен вопрос об изменении требований к допустимым условиям наблюдения.

Если решения для данной системы неравенств существуют, их в общем случае будет несколько, причем число допустимых решений может оказаться значительным, так что необходимо осуществить обоснованный выбор самых эффективных из них.

Оценки эффективности исследований Земли из космоса, в частности, фотографических съемок, могут подразделяться на научные, методические, технологические, экономические [42, 57, 73, 78]. В настоящей работе мы не делаем между ними принципиальных различий, считая, что критерии оптимальности, с какой бы формой эффективности они не соотносились, должны быть сведены к нескольким конкретным формам количественных оценок, которые могут использоваться при составлении целевой функции для оценки

эффективности планируемых экспериментов. Эффективность научных экспериментов будем оценивать информативностью, поскольку целью оптимизации научных исследований можно считать максимизацию объема полезной информации, прежде всего научной [9].

Так, одним из очевидных возможных критериев информативности наблюдений является общая продолжительность съемок заданных объектов при соблюдении всех заданных ограничений. В таком случае необходимо выбрать такое решение (то есть такой набор значений бинарных переменных о^) среди возможных, для которого соответствующая сумма времен наблюдений (целевая функция информативности для данной задачи) максимальна (если при этом временные интервалы наблюдений объектов не должны перекрываться, это обеспечивается соответствующими ограничениями).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Боровихин Павел Александрович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизированная система планирования «Роса» для подготовки и реализации исследований и полетных операций на МКС / H.A. Брюханов [и др.] // Труды XL Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2006. С. 52-60.

2. Автономная навигация космических аппаратов / Т.П. Аншаков [и др.]. Самара: Государственный научно-производственный ракетно-космич. центр ЦСКБ-Прогресс, 2011. 486 с.

3. Анализ устойчивости орбит искусственных спутников Луны и выбор конфигурации лунной навигационной спутниковой системы / Е.С. Гордиенко [и др.] // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2016. № 4. С. 40-54.

4. Аппаратура и программно-математическое обеспечение для изучения земной поверхности с борта Российского сегмента Международной Космической Станции по программе «Ураган» / М.Ю. Беляев [и др.] // Космонавтика и ракетостроение. 2015. № 1(80). С. 63-70.

5. Бажинов И.К., Почукаев В.Н. Оптимальное планирование навигационных измерений в космическом полете. М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

6. Белоглазов И.Н., Казарин С.Н., Косьянчук В.В. Обработка информации в иконических системах навигации, наведения и дистанционного зондирования местности. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. 368 с.

7. Беляев A.M. Основные принципы построения автоматизированной системы планирования полета Российского сегмента МКС // Космическая техника и технологии. 2016. № 3(14). С. 91-99.

8. Беляев М.Ю., Боровихин П.А., Караваев Д.Ю. Планирование наблюдений наземных объектов с борта МКС несколькими комплектами научной аппаратуры // Труды LV Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2021. С. 25-37.

9. Беляев М.Ю. Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях. М.: Машиностроение, 1984. 264 с.

10. Беляев М.Ю. Технология проведения экспериментов на орбитальном комплексе «Мир» и пути повышения эффективности исследований с помощью орбитальных станций // Труды L Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2016. С. 258-277.

11. Беляев М.Ю., Рулев Д.Н. Оптимальное планирование программ космических экспериментов на орбитальных космических станциях // Проблемы и задачи повышения эффективности программ исследований на космических кораблях и орбитальных станциях. Труды РКК «Энергия». Серия XII. Выпуск № 1-2. 2011. С. 169-180.

12. Беляев М.Ю., Рулев Д.Н. Оптимизация планирования экспериментов, выполняемых на орбитальных станциях // Космические исследования. 2007. Т. 45, № 3. С. 236-243.

13. Беляев М.Ю., Рулев Д.Н. Оптимизация программы экспериментов при оперативном планировании исследований, выполняемых с КА // Космические исследования. 1987. Т. 25, № 1. С. 30-36.

14. Беляев М.Ю., Боровихин П.А., Караваев Д.Ю. Ожидаемое пространственное разрешение снимков как критерий эффективности при планировании съемок Земли // Труды LIV Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2020. С. 23-32.

15. Боровихин П.А. Использование снимков земной поверхности для их координатной привязки и определения точки съемки // Труды LII Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2018. С. 57-62.

16. Боровихин П.А. О применении метода искусственного рассеивания при наведении аппаратуры в съемках наземных объектов из космоса // Труды LIII Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2019. С. 118-128.

17. Боровихин П.А., Грибачев К.Г. Оценка погрешности определения ориентации произвольной оси космического аппарата при заданных погрешностях положения осей его строительной системы координат // Труды XLVIII Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2014. С. 216-218.

18. Боровихин П.А., Караваев Д.Ю. Алгоритм расчета двухстрочных элементов по заданному вектору состояния // Труды XLVI Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2012. С. 94-102.

19. Боровихин П.А., Караваев Д.Ю. Минимизация ошибок прогноза параметров орбиты, рассчитываемого по «двухстрочным элементам», путем коррекции значений баллистического коэффициента или среднего движения // Труды XLVII Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2013. С. 191-200.

20. Боровихин П.А., Караваев Д.Ю., Рассказов И.В. Использование искусственного рассеивания при съемках наземных объектов с МКС // Труды LV Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2021. С. 49-61.

21. Боровихин П.А., Караваев Д.Ю. О методах расчета блика Солнца (Луны), наблюдаемого на поверхности Земли с борта космического аппарата // Труды LIII Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2019. С. 129-137.

22. Бронников C.B., Караваев Д.Ю., Рожков A.C. Исследование технологии и средств привязки изображений Земли, полученных на пилотируемом космическом аппарате с помощью свободно перемещаемых камер // Космическая техника и технологии. 2016. № 2. С. 105-115.

23. БурдаевМ.Н. О форме границ и размерах зон обзора поверхностей планет с космических аппаратов // Пилотируемые полеты в космос. 2014. № 3(12). С. 71-75.

24. Влияние параметров обзора поверхности Земли на возможность проведения мониторинга наземных объектов в пилотируемом космическом полете / Г.Д. Орешкин [и др.] // Пилотируемые полеты в космос. 2013. № 2(7). С. 30-42.

25. Волков О.Н. Опыт реализации программ экспериментов на МКС за первые 10 лет // Труды XLV Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2011. С. 55-63.

26. Галкина A.C. Синтез программ управления угловым движением космического аппарата для съемки криволинейных маршрутов: дис. ... канд. техн. наук. Самара. 2011. 143 с.

27. Гаушус Э.В. Рассказы об управлении в космосе и на Земле. М.: Издательство РТСофт, 2012. 208 с.

28. Гаушус Э.В., Зыбин Ю.Н., Легостаев В.П. Автономная навигация и управление орбитальной станцией «Салют-7» // Космические исследования. 1986. Т. 24, вып. 6. С. 844-864.

29. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Генетические алгоритмы. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 368 c.

30. Городецкий В.И., Карсаев О.В. Самоорганизация группового поведения кластера малых спутников распределенной системы наблюдения // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2017. № 2(187). С. 234-247.

31. ГОСТР 25645.166-2004. Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 28 с.

32. Деменков Н.П., Микрин Е.А. Управление в технических системах. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 452 с.

33. Егоров В.Ф., КлёповаТ.В., Дёмина Е.А. Опыт долгосрочного планирования НПИ на PC МКС // Труды XLV Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2011. С. 95-104.

34. Еленин Л.В., Молотов И.Е., Боровин Г.К. Эффективное планирование наблюдений космических объектов на орбитах различных типов. Москва. 2018. 18 с. (Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, № 72).

35. Еремин И.И. Линейная оптимизация и системы линейных неравенств: учебное пособие. М.: Издательский центр Академия, 2007. 256 с.

36. Жуков Б.С., Полянский И.В., Жуков С.Б. Автономная оптическая навигация на окололунных орбитах и при посадке на Луну с помощью сверхширокоугольной камеры // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 2. С. 24-35.

37. Заболотная H.A. Индексы геомагнитной активности. 2-е изд., перераб. М.: Издательство ЛКИ, 2007. 84 с.

38. Збруцкий A.B., ГанжаА.П. Навигация космического аппарата дистанционного зондирования Земли по съемке земной поверхности: учебное пособие. Киев: НТУУ КПИ, 2011. 160 с.

39. Изучение катастрофических явлений и экологических проблем с Российского сегмента МКС / М.Ю. Беляев [и др.] // Труды L Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2016. С. 79-97.

40. Изучение территории и олимпийских объектов г. Сочи с Международной космической станции / М.Ю. Беляев [и др.] // Труды XLIX Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2015. С. 143-162.

41. Исследование турбулентности и внутренних волн в стратосфере по наблюдениям звезд из космоса: 1. Наблюдения и анализ дисперсии мерцаний / П.А. Боровихин [и др.] // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37, № 4. С. 469-486.

42. Исследования природной среды с пилотируемых орбитальных станций / Под ред. К.Я. Кондратьева. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 399 с.

43. К вопросу решения задачи усреднения параметров орбитального движения Международной космической станции в ходе реализации космического

эксперимента Global Transmission Services 2 / E.A. Микрин [и др.] // Вестник МГТУ им.Н.Э.Баумана. Приборостроение. 2015. № 5. С. 3-17.

44. К задаче оптимизации программ управления угловым движением космического аппарата дистанционного зондирования Земли / Ю.Н. Горелов [и др.] // Гироскопия и навигация. 2014. № 1(84). С. 81-87.

45. Кажаров A.A. Разработка и исследование роевых алгоритмов для решения транспортно-логистических задач: дис. ... канд. техн. наук. Таганрог. 2013. 165 с.

46. Караваев Д.Ю., Боровихин П.А., Караваева Н.К. О методе определения точки съемки земной поверхности с борта МКС по ортотрансформированному снимку // Труды XLVI Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2012. С. 103-109.

47. Карсаев О.В. Обзор традиционных и инновационных систем планирования миссий космических аппаратов // Труды СПИИРАН. 2016. № 5(48). С. 151-180.

48. Кожевников Н.П., Крашенинников Г.Д., Каликов Н.П. Фотограмметрия. М.: Геодезиздат, 1960. 532 с.

49. Колегов Г.А. Избранные разделы космической баллистики искусственных спутников Земли. Методическое пособие. М.: ЦНИИмаш, 2007. 270 с.

50. Колмогоров А.Н. Искусственное рассеивание в случае поражения одним попаданием и рассеивания в одном измерении // Тр. Матем. ин-та им. В.А. Стеклова. 1945. Т. 12. С. 26-45.

51. Колмогоров А.Н. Число попаданий при нескольких выстрелах и общие принципы оценки эффективности системы стрельбы // Тр. Матем. ин-та им. В.А. Стеклова. 1945. Т. 12. С. 7-25.

52. Космическая навигация. И.К. Бажинов [и др.]. М.: Машиностроение, 1975. 352 с.

53. Костюк Ю.Л., ПожидаевМ.С. Приближенные алгоритмы решения сбалансированной задачи к коммивояжеров // Вестник Томского

государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2008. № 1(2). С. 106-112.

54. Кубил В.Н. Исследование и разработка методов решения многокритериальных задач маршрутизации транспорта на основе муравьиного алгоритма: дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск. 2019. 184 с.

55. Курейчик В.М., Мартынов A.B. Об алгоритмах решения задачи коммивояжера с временными ограничениями // Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. 2014. № 1 (16). С. 1-16.

56. КуштинИ.Ф. Рефракция световых лучей в атмосфере. М.: Недра, 1971. 128 с.

57. Легостаев В.П., Беляев М.Ю. Научная и экономическая отдача программ орбитальных станций - основа стабильного развития отечественной космонавтики // Проблемы и задачи повышения эффективности программ исследований на космических кораблях и орбитальных станциях. Труды РКК «Энергия». Серия XII. Выпуск № 1-2. 2011. С. 5-15.

58. Малышев В.В., Дарнопых В.В. Оперативное планирование целевого функционирования космических систем наблюдения и связи. М.: Издательство МАИ, 2017. 296 с.

59. Метод определения орбиты Международной космической станции по выполненным с нее снимкам поверхности Земли / П.А. Боровихин [и др.] // Труды LIV Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2020. С. 5-16.

60. Методологические основы поддержки принятия решений при планировании научно-прикладных исследований и экспериментов на Международной космической станции (МКС) / В.П. Осипов [и др.] // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. Т. 9, № 3. С. 80-88.

61. Микрин Е.А., Михайлов М.В. Навигация космических аппаратов по измерениям от глобальных спутниковых навигационных систем. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 345 с.

62. Микрин Е.А., Михайлов M.B. Ориентация, выведение, сближение и спуск космических аппаратов по измерениям от глобальных спутниковых навигационных систем. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 357 с.

63. Моделирование изображений, видимых из иллюминаторов пилотируемых орбитальных станций / П.А. Боровихин [и др.] // Труды LI Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2017. С. 122-133.

64. Наведение научной аппаратуры Международной космической станции на исследуемые объекты / П.А. Боровихин [и др.] // Космические исследования. 2022. Т. 60, № 1. С. 80-89.

65. Ногин В.Д. Сужение множества Парето: аксиоматический подход. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. 272 с.

66. Носкин Г.В. Бортовые поворотные платформы наведения, размещаемые на пилотируемых орбитальных космических станциях // Космические роботы, манипуляторы и системы наведения. Труды РКК «Энергия». Серия XII. Выпуск № 1-2. 2015. С. 213-226.

67. Определение движения орбитальной станции «Мир» по данным измерений GPS / М.Ю. Беляев [и др.] // Космические исследования. Т. 37, № 3. 1999. С. 276-282.

68. Определение орбиты по выполняемым космонавтами снимкам поверхности Земли и Луны / П.А. Боровихин [и др.] // Космическая техника и технологии. 2018. № 4(23). С. 88-99.

69. Оптимальное планирование наблюдений в эксперименте «Ураган» на Международной космической станции / П.А. Боровихин [и др.] // Труды LI Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2017. С. 53-65.

70. Оптимизация наведения научной аппаратуры крупногабаритной орбитальной станции на наблюдаемые объекты / П.А. Боровихин [и др.] // XIV Всероссийская мультиконференция по проблемам управления (МКПУ-2021): материалы XIV мультиконференции. 2021. Т. 3. С. 70-72.

71. Оптимизация наведения научной аппаратуры на изучаемые объекты в эксперименте «Ураган» на МКС / П.А. Боровихин [и др.] // XLI академические чтения по космонавтике. Сборник тезисов. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. С. 275-276.

72. Отработка на МКС технологии автономной навигации с помощью съемок экипажа для задачи облета Луны / П.А. Боровихин [и др.] // Сборник материалов юбилейной XXV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. АО Концерн ЦНИИ Электроприбор. 2018. С. 7-13.

73. Пичугин С.Б., Марков A.B. Итеративный подход к прогнозированию сроков реализации космического эксперимента с учетом его характеристик // Труды L Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2016. С. 242-253.

74. Подлипьян П.Е., Максимов H.A. Многофазный алгоритм решения задачи планирования полета группы беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ: сетевой журн. 2011. № 43. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=24769 (дата обращения 21.09.2021).

75. Почукаев В.Н. Основные концептуальные положения баллистико-навигационного обеспечения полетов автоматических космических аппаратов. М.: Машиностроение-Полет, 2018. 156 с.

76. Прибор «Русалка» для измерения содержания углекислого газа и метана в атмосфере с борта МКС / О.И. Кораблев [и др.] // Оптический журнал. 2011. Т. 78, № 5. С. 44-58.

77. Привязка изображений земной поверхности, полученных с помощью ручных камер на пилотируемых КА / C.B. Бронников [и др.] // Труды XLVII Чтений памяти К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2013. С. 24-32.

78. Применение космических снимков для оптимизации хозяйственной деятельности в регионе / Д.Ю. Караваев [и др.] // Труды XLV Чтений К.Э.

Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2011. С. 116-125.

79. Результаты мониторинга с борта PC МКС катастрофических наводнений Краснодарского края / Г.И. Падалка [и др.] // Пилотируемые полеты в космос. 2013. № 4(9). С. 42-49.

80. РулевД.Н., Рулев Н.Д. Планирование наблюдений астрономических объектов с космического аппарата с учетом ограничений на моменты выполнения наблюдений // Космическая техника и технологии. 2019. № 1(24). С. 58-67.

81. Система автоматической ориентации научной аппаратуры в эксперименте «Ураган» на Международной космической станции / П.А. Боровихин [и др.] // Космическая техника и технологии. 2018. № 4(23). С. 70-80.

82. Система автономной космической навигации «Альфа» проекта пилотируемого облета Луны Л-1 / Т.М. Энеев [и др.] // XXXII академические чтения по космонавтике. Москва. 29 января - 1 февраля 2008. Доклад. 20 с.

83. Система глобального позиционирования для Луны на основе активных световых маяков / A.B. Багров [и др.] // Вестник НПО им. С.А.Лавочкина. 2017. № 4. С. 5-10.

84. Система ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры: патент 2692284 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 30.05.2018; опубл. 24.06.2019. Бюлл. №18.

85. Система ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры: патент 2695254 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 09.08.2018; опубл. 22.07.2019. Бюлл. №21.

86. Система ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры: патент 2695960 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 21.08.2018; опубл. 29.07.2019. Бюлл. №22.

87. Система управления размещенной на космическом корабле переносной аппаратурой наблюдения: патент №2725012 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 9.09.2019; опубл. 29.06.2020. Бюлл. №19.

88. Современные и перспективные информационные ГНСС-технологии в задачах высокоточной навигации / Под ред. В.А. Бартенева, М.Н. Красильщикова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. 192 с.

89. Современные технологии обработки данных дистанционного зондирования Земли / Под ред. В.В. Еремеева. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2015. 460 с.

90. Соловьёв В.А., Лысенко Л.Н., Любинский В.Е. Управление космическими полетами: учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1 / Под общ. ред. Л.Н. Лысенко. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 476 с.

91. Соловьёв В.А., Лысенко Л.Н., Любинский В.Е. Управление космическими полетами: учебное пособие: в 2 ч. Ч. 2 / Под общ. ред. Л.Н. Лысенко. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 426 с.

92. Способ определения временной привязки производимых с космического аппарата снимков земной поверхности: патент 2654883 РФ / П.А. Боровихин, Д.Ю. Караваев, М.Ю. Беляев заявл. 30.08.2016; опубл. 23.05.2018. Бюлл. №15.

93. Способ определения орбиты космического аппарата с аппаратурой для съёмки подстилающей поверхности: патент 2709978 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 07.02.2019; опубл. 23.12.2019. Бюлл. №36.

94. Способ определения орбиты космического аппарата с аппаратурой для съёмки подстилающей поверхности: патент 2711834 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 29.03.2019; опубл. 22.01.2020. Бюлл. №3.

95. Способ определения орбиты космического аппарата: патент 2729339 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 11.12.2019; опубл. 06.08.2020. Бюлл. №22.

96. Способ ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры: патент 2695046 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 7.08.2018; опубл. 18.07.2019. Бюлл. №20.

97. Способ ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры: патент 2695041 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 27.08.2018; опубл. 18.07.2019. Бюлл. №20.

98. Способ ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры: патент 2695739 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 17.10.2018; опубл. 25.07.2019. Бюлл. №21.

99. Способ привязки выполненных с космического аппарата снимков земной поверхности: патент 2711775 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 07.02.2019; опубл. 22.01.2020. Бюлл. №3.

100. Способ привязки выполненных с орбитального космического аппарата снимков подстилающей поверхности: патент 2712781 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 29.03.2019; опубл. 31.01.2020. Бюлл. №4.

101. Способ управления размещенной на космическом корабле переносной аппаратурой наблюдения: патент 2717614 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 23.07.2019; опубл. 24.03.2020. Бюлл. №9.

102. Спутниковая навигация космических аппаратов на лунной орбите / Е.А. Микрин [и др.] // Космическая техника и технологии. 2018. № 2(21). С. 8899.

103. Станиловская В.И. Автоматизация планирования полетов долговременных орбитальных комплексов: дис. ... канд. техн. наук. Королёв. 2008. 193 с.

104. Сумароков A.B. О наведении камеры высокого разрешения, установленной на борту МКС, посредством двухосной поворотной платформы // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Приборостроение. 2016. № 4. С. 85-97.

105. Туфанов И.Е. Методы решения обзорно-поисковых задач с применением групп автономных необитаемых подводных аппаратов: дис. ... канд. техн. наук. Владивосток. 2014. 120 с.

106. Тучин Д.А. Автономное определение орбиты на борту космического аппарата. Москва. 2019. 36 с. (Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, № 7).

107. Управление подвижными платформами при наведении научной аппаратуры на изучаемые объекты в эксперименте «Ураган» на Международной космической станции / П.А. Боровихин [и др.] // Сборник материалов XXIV

Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. АО Концерн ЦНИИ Электроприбор. 2017. С. 44-47.

108. Устройство для ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения: патент 2692205 РФ / П.А. Боровихин [и др.]. заявл. 30.05.2018; опубл. 21.06.2019. Бюлл. №18.

109. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: учебное пособие. М.: Логос, 2007. 248 с.

110. Формализация задачи оперативного планирования целевого функционирования разнотипных космических аппаратов дистанционного зондирования Земли [Электронный ресурс] / A.A. Емельянов [и др.]. // Труды МАИ: сетевой журн. 2017. № 96. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=85921 (дата обращения 21.09.2021).

111. Харчиков М.А. Сопровождение проведения научных экспериментов на Международной космической станции // Труды LI Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2017. С. 97-105.

112. Шаповалов А.Б., Солунин В.Л., Костюков В.В. Системы управления, наведения и приводы. История создания и развития. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 416 с.

113. Эволюционные модели маршрутизации группового движения автономных подводных роботов при многоцелевом динамическом мониторинге морских акваторий / И.В. Бычков [и др.] // Подводные исследования и робототехника. 2014. № 2(18). С. 4-13.

114. Эволюция средств отображения навигационной информации космического аппарата / П.А. Боровихин [и др.] // Труды LII Чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». 2018. С. 39-49.

115. Юрин В.Е. Разработка моделей и бортовых алгоритмов автономного формирования программ управления угловым движением космических аппаратов

при специальных видах съемки земной поверхности: дис. ... канд. техн. наук. Самара. 2017. 161 с.

116. Apollo Image Atlas [Электронный ресурс] // lpi.usra.edu: информ.-справочный портал. URL: http://www.lpi.usra.edu/resources/apollo/frame/ (дата обращения 21.09.2021).

117. Computer Vision on Mars / L. Matthies. [et al.] // International Journal of Computer Vision. 2007. Vol. 75(1). P. 67-92.

118. Data Release and Information Service System of China's Lunar Exploration Program [Электронный ресурс] // moon.bao.ac.cn: информ.-справочный портал. URL: http://moon.bao.ac.en/pubMsg/msgEn.jsp# (дата обращения 21.09.2021).

119. Dorigo M., Stutzler T. Ant Colony Optimization. A Bradford Book, The MIT Press, 2004. 320 p.

120. Ellabib I., Basir O.A., Calamai P. An Experimental Study of a Simple Ant Colony System for the Vehicle Routing Problem with Time Windows // Ant Algorithms, Third International Workshop, ANTS. Brussels. September 12-14. 2002. Proceedings. P. 53-64.

121. Google Moon [Электронный ресурс] // google.ru: информ.-справочный портал. URL: https://www.google.ru/moon/ (дата обращения 21.09.2021).

122. Hoots F.R., Roehrich R.L. Spacetrack Report № 3. Models for Propagation of NORAD Element Sets [Электронный ресурс] // celestrak.com: информ.-справочный портал. December 1980. Package Compiled by TS Kelso. 31 December 1988. Aerospace Defense Command. 90 p. URL: http://celestrak.com/NORAD/documentation/spacetrk.pdf (дата обращения 21.09.2021).

123. Kolmogorov A.N. Collection of Articles on the Theory of Firing [Электронный ресурс] // rand.org: информ.-справочный портал. T-14. 13 October 1948. U.S. Air Force. Project RAND. 152 p. URL: https://www.rand.org/pubs/translations/T14.html (дата обращения 21.09.2021).

124. Revisiting Spacetrack Report № 3 [Электронный ресурс] // Vallado D.A. [et al.] / celestrak.com: информ.-справочный портал. American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA paper No. 2006-6753. 2006. 88 p. URL: https://www.celestrak.com/publications/AIAA/2006-6753/AIAA-2006-6753.pdf (дата обращения 21.09.2021).

125. Toth P., Vigo D. Vehicle Routing. Problems, Methods, and Applications. Second Edition. Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, Mathematical Optimization Society, 2014. 463 p.

126. Washburn A., Kress M. Combat Modeling. Springer Science, Business Media, 2009. 277 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1. Подвижная платформа наведения СОВА

Проект Системы Ориентации Видеоспектральной Аппаратуры (СОВА) разработан РКК «Энергия» совместно с Научно-исследовательским учреждением «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко» (НИИПФП, Республика Беларусь, БГУ), в котором эта аппаратура и производится. Система СОВА создавалась в целях автоматизации измерений с борта МКС оптических характеристик поверхности Земли при выполнении ее мониторинга в рамках исследований по программе КЭ «Ураган» [81].

ППН СОВА устанавливаются внутри обитаемого пространства PC МКС на иллюминаторах. При том, что потенциальные возможности наведения таких «внутренних» платформ ограничены по сравнению с внешними ППН, их существенными преимуществами являются относительно невысокая стоимость, удобство обслуживания и ремонтно-профилактических работ, возможность быстрой замены НА экипажем в зависимости от конкретного эксперимента.

Предусмотрено несколько модификаций аппаратуры. ППН СОВА 228 устанавливается на иллюминаторы диаметром 228 мм, при этом возможен поворот размещенной на ней НА на ±180° вокруг оси визирования, а угол отклонения этой оси составляет не менее ±20° в одной плоскости от оптической оси иллюминатора. ППН СОВА 426 предназначена для иллюминаторов диаметром 426 мм и обеспечивает наведение НА поворотом ее оси визирования вокруг двух взаимно перпендикулярных осей на углы не менее ±30°.

Разработаны два варианта конструкции ППН. Вариант СОВА-1 (Рисунки П.1 и П.2) выполнен по нестандартной для ППН схеме - НА фиксируется на ППН неподвижно, а изменение направления оси визирования выполняется зеркалом, которое поворачивается при помощи электрических приводов [101].

Рисунок П.1.

Конструкция ППН СОВА-1

1 - неподвижное зеркало; 2 - посадочное кольцо для НА; 3 - подвижное зеркало; 4 - крышка электродвигателей; 5 - электродвигатели; 6 - микрометрические винты; 7 - энкодер; 8 - винт крепления ППН к иллюминатору; 9 - опора; 10 - съемочная камера (для контроля наведения НА)

Рисунок П.2. Примеры установки НА на ППН СОВА-1

слева - видеоспектральная система, установленная на ППН; справа - фотоаппарат Nikon D3, установленный на ППН Вариант ППН СОВА-2 (Рисунки П.3 и П.4) основан на более «классической» схеме, в которой НА поворачивается с помощью линейных актуаторов - выдвижных штанг, применяемых в робототехнике. В отличие от нескольких традиционных опорно-поворотных конструкций [112], данная схема

позволяет при поворотах оптической аппаратуры удерживать ее объектив поблизости от внутренней поверхности иллюминатора и в максимальной степени избегать «обрезания» изображения краями иллюминатора.

Рисунок П.3.

Конструкция ППН СОВА-2

1, 3 - линейные актуаторы; 2 - посадочное кольцо для НА; 4, 6 - энкодеры; 5 - опора; 7 - винт крепления ППН к иллюминатору

Рисунок П.4. Примеры установки НА на ППН СОВА-2

слева - видеоспектральная система, установленная на ППН; справа - фотоаппарат Nikon D3, установленный на ППН Управление ППН производится от бортовых ноутбуков экипажа, для которых варианты специального ПМО разработаны как в НИИПФП, так и в РКК «Энергия».

П.2. Определение орбиты Международной космической станции по снимкам Земли

3 марта 2018 года в рамках КЭ «Вектор-Т» была проведена автоматическая съемка земной поверхности фотоаппаратом Nikon D3S с объективом Nikkor 80400 мм, в составе фотоспектральной системы. Целью съемок было получение изображений Земли для отработки технологии определения параметров орбиты по ортотрансформированным снимкам. Фокусное расстояние при съемке - 400 мм. Съемка производилась автоматически, 1 раз в минуту. Отклонение оси визирования объектива от надирного положения кронштейна фотоспектральной системы - 30°.

Всего было получено 172 снимка. Опознавание большей части снимков было невозможно или существенно затруднено, поскольку на них попали сильная облачность, акватория, пустыни, а также горные районы, покрытые снегом. Остальные снимки были опознаны и ортотрансформированы с помощью разработанного в РКК «Энергия» автоматизированного рабочего места согласно обычной процедуре координатной привязки снимков. Затем для этих снимков в соответствии с методикой, описанной в данной работе, был произведен расчет точек съемки [59].

При расчетах выяснилось, что один из опознанных снимков был снят практически в надир, а не с отклонением в 30°, как остальные (вероятно, ориентация фотоаппарата была временно изменена в процессе повседневной деятельности экипажа). В результате радиус-вектор точки съемки для этого снимка был вычислен со значительно большей погрешностью и не учитывался при расчете параметров орбиты.

Результаты были представлены в виде трех составляющих радиус-векторов 30 точек съемки в инерциальной геоцентрической CK на эпоху 2000 года. Значения радиус-векторов вычислялись без учета высот центров снимка над уровнем мирового океана. Моменты съемок располагались на временном отрезке продолжительностью около 8 ч - с 10:43 до 18:47 UTC 03.03.2018 г.

При сравнении координат подспутниковых точек, полученных по снимкам, с координатами, вычисленными по баллистическим данным ЦУП-а с помощью численного интегрирования, выяснилось, что наилучшее совпадение происходит не в моменты времени, определенные для снимков по часам фотоаппарата, а в среднем примерно на 4 секунды позже. Поэтому при определении параметров орбиты проверялся также вариант с учетом поправок по времени.

При этом основная эталонная орбита МКС была представлена решением уравнений движения, полученным сглаживанием «двухстрочных элементов». Нецентральность гравитационного поля Земли учитывалась с точностью до членов порядка (16,16) в разложении гравитационного потенциала (модель ЕвМ96) в ряд по шаровым функциям. При расчете плотности атмосферы использовались индексы солнечной активности и геомагнитной возмущенности согласно модели ГОСТ Р 25645.166-2004 [31, 37], задаваемые как функции времени. Баллистический коэффициент МКС являлся определяемым параметром в уравнениях ее движения. Среднеквадратичная ошибка задания положения МКС таким решением составила 0.5 км. Найденные по «двухстрочным элементам» три варианта решений уравнений движения МКС дали практически одинаковые результаты при оценке точности определения координат МКС по снимкам земной поверхности.

Прежде всего, были определены отклонения вычисленных точек съемки от эталонных решений (невязки), приведенные в Таблице 10. Моменты времени для точек (то есть моменты съемки соответствующих снимков) отсчитываются от момента =12:12:50.075 ЦТС 01.03.2018 г. В таблице приведены отклонения ё.х, ёу, ёг точек от найденных решений по координатам в прямоугольной Гринвичской СК и модуль дг векторного отклонения. Среднее значение отклонений дг составляет около 21 км.

Таблица 10.

Невязки аппроксимации координат до уточнения времен привязки снимков

Номер снимка {-{0,Ю3 с <3х, км Су, км dz, км <Сг, км

0 167,458957 12,964 17,839 -13,529 25,872

1 167,578897 1,453 16,901 -12,878 21,298

2 167,639107 6,155 13,738 -13,154 19,991

3 167,879277 -0,974 20,124 -23,741 31,137

4 167,938897 -0,480 8,457 -15,594 17,746

5 167,999497 2,765 10,226 -19,996 22,629

6 168,119097 -4,494 6,170 -17,796 19,364

7 173,509897 4,018 4,590 -11,704 13,198

8 173,569897 4,231 12,980 -20,869 24,938

9 173,629897 1,148 -0,023 -19,146 19,180

10 173,689897 -0,536 7,728 -17,573 19,205

11 178,089897 23,902 6,513 0,151 24,774

12 178,149897 18,519 -3,159 1,454 18,843

13 178,269897 17,820 5,252 -0,851 18,597

14 179,173547 6,215 15,751 -13,590 21,712

15 179,229897 4,035 13,469 -9,781 17,128

16 180,069897 -12,148 16,613 -6,232 21,504

17 189,369897 12,927 -18,468 -10,396 24,825

18 189,429897 12,185 -17,335 -9,606 23,265

19 189,549897 10,386 -12,095 -9,480 18,548

20 189,609897 10,684 -7,949 -11,412 17,537

21 189,669897 16,416 -10,626 -14,468 24,325

22 189,729897 14,734 -9,850 -17,012 24,567

23 189,789897 16,222 -7,329 -17,024 24,631

24 189,849897 12,462 -7,743 -15,754 21,528

25 190,569947 3,398 -4,806 -16,020 17,067

26 195,129897 6,701 -8,762 -1,569 11,142

27 195,369897 8,841 -3,707 3,480 10,198

28 195,429897 17,876 -6,604 -11,441 22,228

29 196,449897 12,028 12,540 -10,152 20,124

Полученные результаты представляются чрезмерно грубыми, но при их расчете не учитывалась ошибка привязки фотографий ко времени, которая была отмечена выше. Для ее уменьшения выполнялась специальная коррекция. Время привязки каждого кадра корректировалось независимо от результатов коррекции времен привязки остальных кадров. Искомая поправка д прибавлялась к имеющемуся времени и уточнялась из условия минимума соответствующего отклонения дг. В Таблице 11 приведены результаты найденных поправок и скорректированные значения дг, которые оказались существенно меньше исходных.

Имеющийся набор полученных по снимкам точек позволил найти сглаживающее эти точки решение уравнений движения. Баллистический коэффициент при этом был фиксирован и равен значению, найденному при определении эталонной орбиты. Отклонения координат от найденного таким образом решения уравнений движения станции приведены в Таблице 12. Отклонения дг по сравнению со значениями в Таблице 11 несколько изменились, но остались того же порядка. Их среднее значение составило 7,4 км.

Кроме того, был рассмотрен еще один вариант коррекции времени привязки снимков. Бралась единая для всех фотографий поправка д?, которая уточнялась путем минимизации функции отклонений координат и скоростей на достаточно мелкой сетке по д?. Единая поправка составила Ж = 2,844 с. Найденные невязки представлены в Таблице 13. Среднее значение отклонений дг составило 7,6 км.

Итак, среднеквадратичная ошибка определения координат МКС по снимкам без коррекции времен привязки снимков составила 21 км. Коррекция временной привязки снимков снизила указанную среднеквадратичную ошибку до 7,4 км.

Таблица 11.

Поправки времени к отдельным снимкам

Номер снимка <!Ь, с <Сг, км

0 3,453 4,684

1 6,266 4,886

2 6,138 2,831

3 7,657 3,007

4 5,787 4,328

5 6,377 6,868

6 5,965 5,655

7 5,148 4,225

8 6,808 3,138

9 5,496 11,872

10 5,979 4,688

11 6,696 6,593

12 5,924 4,850

13 5,909 4,321

14 6,293 5,746

15 5,639 5,781

16 6,138 8,481

17 6,638 8,123

18 6,455 7,231

19 5,862 5,384

20 5,719 5,382

21 6,697 4,511

22 6,664 6,617

23 6,725 5,036

24 6,281 5,384

25 5,207 11,127

26 4,920 2,690

27 4,189 8,634

28 6,282 7,711

29 6,038 6,514

Таблица 12.

Невязки аппроксимации координат после уточнения решения с учетом поправок

времен привязки снимков

Номер снимка {-{0,Ю3 с <3х, км Су, км dz, км <Сг, км

0 167,462410 11,132 17,518 -11,173 23,572

1 167,585163 -6,122 0,114 0,770 6,172

2 167,645245 -0,021 -2,073 0,857 2,243

3 167,886934 -2,667 -2,036 1,054 3,517

4 167,944684 -0,711 -3,571 -0,160 3,644

5 168,005874 4,005 -4,105 -0,877 5,802

6 168,125062 -1,144 -4,981 -0,393 5,126

7 173,515045 0,520 -3,008 -0,046 3,053

8 173,576705 -0,432 -2,248 0,388 2,322

9 173,635393 -0,811 -9,177 -5,033 10,498

10 173,695876 -1,565 -3,500 -0,448 3,860

11 178,096593 -0,665 8,122 2,222 8,447

12 178,155821 -0,290 -2,174 4,440 4,952

13 178,275806 -0,485 4,984 4,268 6,580

14 179,179840 -1,324 5,486 4,646 7,310

15 179,235536 -0,804 5,347 4,897 7,295

16 180,076035 -0,068 4,643 6,606 8,075

17 189,376535 -2,832 -2,348 -4,661 5,938

18 189,436352 -2,873 -2,841 -2,920 4,985

19 189,555759 -1,717 -1,634 -1,980 3,088

20 189,615616 -0,688 1,241 -3,442 3,723

21 189,676594 -0,601 1,053 -2,525 2,801

22 189,736561 -2,076 0,604 -4,101 4,636

23 189,796622 -0,850 2,119 -2,858 3,658

24 189,856178 -1,957 -0,519 -2,484 3,204

25 190,575154 -1,841 -9,109 -4,630 10,383

26 195,134817 3,391 -0,473 3,587 4,959

27 195,374086 7,828 -0,486 7,561 10,894

28 195,436179 7,761 5,041 1,855 9,439

29 196,455935 3,721 3,600 4,258 6,703

Таблица 13.

Невязки аппроксимации координат после уточнения решения с использованием единой поправки времени привязки снимков

Номер снимка {-{0,Ю3 с <Сх, км Су, км dz, км сСг, км

0 167,461829 3,665 2,192 -2,839 5,128

1 167,581769 -5,746 1,525 -0,333 5,954

2 167,641979 0,064 -1,409 0,238 1,431

3 167,882149 -2,379 6,473 -7,625 10,281

4 167,941769 -0,678 -4,686 1,023 4,844

5 168,002369 3,801 -2,350 -2,947 5,353

6 168,121969 -1,017 -5,143 -0,129 5,244

7 173,512769 -0,918 -6,904 4,536 8,312

8 173,572769 0,603 1,521 -4,235 4,540

9 173,632769 -1,152 -11,406 -2,194 11,672

10 173,692769 -1,493 -3,537 -0,380 3,858

11 178,092769 4,185 8,370 1,737 9,518

12 178,152769 -1,090 -1,963 4,192 4,755

13 178,272769 -1,326 5,116 4,139 6,712

14 179,176419 -0,436 6,721 2,786 7,289

15 179,232769 -1,462 4,041 6,829 8,068

16 180,072769 -0,196 5,161 5,921 7,857

17 189,372769 0,877 -5,311 -5,859 7,956

18 189,432769 -0,097 -4,830 -4,045 6,300

19 189,552769 -2,209 -1,051 -1,960 3,135

20 189,612769 -1,990 2,291 -2,964 4,242

21 189,672769 3,714 -1,235 -5,133 6,455

22 189,732769 2,055 -1,352 -6,834 7,263

23 189,792769 3,615 0,239 -6,050 7,052

24 189,852769 -0,022 -1,141 -4,036 4,194

25 190,572819 -4,190 -11,132 -0,246 11,897

26 195,132769 -0,235 5,571 6,093 8,259

27 195,372769 0,611 7,471 14,400 16,234

28 195,432769 9,396 3,654 0,176 10,083

29 196,452769 4,189 3,685 3,626 6,654

Таким образом, по координатам 30 точек съемки, рассчитанным по снимкам земной поверхности, удалось решить задачу автономной навигации и определить орбиту МКС (причем координаты восходящих узлов в середине интервала обработки отличались от координат восходящих узлов эталонной орбиты менее чем на 1 км), но среднеквадратичная ошибка определения координат станции составила 21 км, и для ее снижения потребовалось ввести в качестве определяемого параметра ошибку определения времени съемки. В качестве неизвестных параметров в уравнения могут быть добавлены и другие величины, требующие уточнения [67], например, неточности изготовления и установки объектива, несовпадение его характеристик с номинальными. Поэтому точность определения положения КА в пространстве данным методом может быть значительно повышена.

П.3. Определение положения космических аппаратов по снимкам Луны

С целью предварительной оценки возможности определения положения КА по сделанным с него фотографиям Луны предлагаемые в данной работе методы были применены к снимкам американских лунных экспедиций 1969-1972 годов [68]. Съемки лунной поверхности производились экипажами кораблей «Аполлон» через иллюминаторы пленочным фотоаппаратом «Хассельблад» (размер кадра 70x70 мм). Снимки были оцифрованы и выложены в открытый доступ в интернете, например, в [116].

Качество оцифровки фотографий не очень высокое: разрешение цифровых образов, как правило, невелико (450x450 пикселей), на некоторых из них видны неровные края кадров. Эти приводит к существенному увеличению погрешности при определении точек съемки. Положение лунных модулей относительно Луны в момент съемок не указано, лишь иногда дается значение их высоты над лунной поверхностью.

Для тестирования было выбрано три снимка №№ 10307, 22793, 22797 (Рисунки П.5-П.10).

Рисунок П.5. Снимок лунной поверхности (Море Смита и др.) №10307, выполненный экипажем «Аполлона-14»

Фокусное расстояние 80 мм; пространственное разрешение оцифрованного снимка 15780 м/пиксель

Рисунок П.6. Фрагмент ортофотоплана Луны и снимок №10307, ортотрансформированный по этому фрагменту

Рисунок П.7. Снимок лунной поверхности №22793 («Аполлон-17»)

Фокусное расстояние 80 мм; разрешение оцифрованного снимка 2953 м/пиксель; указана высота 229 км

Рисунок П.8. Фрагмент ортофотоплана Луны и снимок №22793, ортотрансформированный по этому фрагменту

Рисунок П.9. Снимок лунной поверхности (кратер Эйткен) №22797, выполненный экипажем «Аполлона-17»

Фокусное расстояние 250 мм; разрешение оцифрованного снимка 286 м/пиксель; указана высота 118 км

Рисунок П.10. Фрагмент ортофотоплана Луны и снимок №22797, ортотрансформированный по этому фрагменту В Таблице 14 представлены результаты расчетов: пространственные разрешения снимков (точнее, их оцифрованных изображений), радиус-векторы лунных модулей и их высоты над поверхностью Луны в моменты фотографирования.

Таблица 14.

Данные, рассчитанные по снимкам лунной поверхности

Снимок Дальность, км Разрешение, м/пиксель Высота, км Радиус-вектор, км Подспутниковая точка, град

У г Долгота, Широта,

10307 1483 15780 1482 -649 3153 58 101,632 1,045

22793 218 2953 202 1163 1429 602 50,850 18,146

22797 102 286 97 -1727 201 -583 173,343 -18,590

Таким образом, высота орбиты в момент выполнения снимка № 22793 по расчету равна 202 км, а по данным, указанным для этого снимка в интернете, -229 км. Для снимка № 22797 значения высот равны соответственно 97 и 118 км. Для снимка 10307 значение высоты не указано.

В настоящее время доступны более качественные, сделанные с автоматических КА, цифровые снимки лунной поверхности [118, 121], которые используются и для создания ортофотопланов, необходимых для привязки и ортотрансформирования фотографий. Тем не менее, в отличие от более современных изображений, рассмотренные выше снимки выполнены астронавтами США вручную через иллюминаторы со сравнительно небольших расстояний. Поэтому представляет интерес применение к ним методики, ранее использованной только для оценки положения МКС. Было показано, что она позволяет преобразовать к ортогональной проекции оцифрованные снимки Луны даже относительно невысокого качества и рассчитать по ним радиус-векторы КА в моменты фотографирования. Это подтверждает перспективность применения методов определения траектории движения КА по выполняемым космонавтами с его борта снимкам поверхности Луны.