Сегодня на орбите Земли находится более 8000 спутников, многие из которых были запущены десятилетия назад. Поддержание их работоспособности часто требует тщательно спланированных и целенаправленных операций, особенно когда речь идёт о стабилизации и управлении ориентацией спутников, которые начинают неконтролируемо вращаться в космосе.

Исследователи из Университета Нью-Мексико (UNM) представили новый метод для декомпозиции нежёстких спутников с неизвестной динамикой движения. Их работа, изложенная в статье, размещённой на сервере препринтов arXiv, будет представлена на конференции IEEE по принятию решений и управлению (CDC 2024) в Милане.

Нежёсткие спутники — это спутники, которые имеют гибкую или деформируемую структуру, в отличие от жёстких спутников с твёрдой. Их форма может меняться из-за различных факторов, таких как вибрации, гравитационные силы, температурные колебания или другие внешние воздействия. Эти изменения могут влиять на динамику движения спутника, что делает задачу стабилизации и управления ориентацией более сложной по сравнению с жёсткими спутниками. Примерами нежёстких спутников могут служить аппараты с гибкими солнечными панелями, антеннами или другими элементами, которые могут деформироваться во время работы.

«Работа основана на нашем финансировании космических исследований — SURI. В UNM мы стремимся использовать наши системы для выполнения сложных задач по обслуживанию и ремонту, направленных на устранение неисправностей космических систем, таких как спутники, солнечные панели и другие части космических систем», — рассказал Tech Xplore Лонгсен Гао, главный автор статьи и аспирант третьего года обучения в AgMan Lab.

Основная цель исследования Гао и его коллег заключалась в разработке эффективного метода для стабилизации нежёстких спутников, что имеет большие перспективы, поскольку большинство существующих решений применимы только к жёстким спутникам.

«Нет других исследований, которые рассматривали бы проблему стабилизации нежёстких спутников. Почти все попытки стабилизации рассматривают спутники как жёсткие тела, упрощая их структуру и игнорируя потенциальные проблемы, которые могут возникнуть из-за изменений в их жёсткости», — сказал Гао.

Предложенный метод подразумевает использование двух роботизированных систем, которые крепятся к спутнику и применяют силу и крутящий момент, необходимые для стабилизации. Подход является адаптивным, его можно применять к различным объектам независимо от их свойств, не требуя предварительной информации о спутнике.

«Наш метод гарантирует, что система может стабилизировать спутник, не зная его положения захвата относительно центра масс спутника, что также является прорывом по сравнению с методами адаптивного управления», — пояснил Гао.

Новый подход к стабилизации вскоре может быть улучшен и проверен в реальных экспериментах. Хотя метод был разработан с учётом стабилизации спутников, его также можно применять к другим объектам с нежёсткими структурами корпуса, поэтому его можно потенциально использовать для решения других задач по техническому обслуживанию и ремонту.

«В следующих исследованиях, посвящённых обслуживанию и ремонту космических аппаратов, мы продолжим изучать, как использовать робототехнические системы для реализации манипуляций во время задач по ремонту и обслуживанию. Мы планируем объединить методы с нашей разработкой системы управления, чтобы повысить производительность нашего алгоритма управления», — добавил Гао.