23 мая 2023 610

От Самары до Луны: программа управления лунными спутниками разработана в СамГУ

В Самарском университете им. Королева, который участвует в национальном проекте «Наука и университеты», молодой китайский ученый Ду Чунжуй создал программный комплекс для эффективного управления спутниками в окололунном пространстве. Эта разработка может стать важным инструментом для будущего освоения Луны, поскольку она поможет обеспечить работу Лунной космической станции и создать на Луне спутниковые системы связи, навигации и мониторинга.

Ду Чунжуй приехал в Самару из Китая в 2019 году, чтобы поступить в аспирантуру Самарского университета по специальности «Динамика полета и системы управления». Его научный руководитель — Ольга Старинова, заведующая кафедрой динамики полета и систем управления Самарского университета. В этом году он успешно защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук и получил диплом с отличием. В дальнейшем он планирует продолжить научную и преподавательскую деятельность в одном из университетов Китая.

Основная цель исследования Ду Чунжуя — разработать программный комплекс для оптимизации перелетов космических аппаратов с электроракетной двигательной установкой между периодическими орбитами относительно точек либрации L1 и L2 в системе Земля-Луна. Точки либрации — это такие точки в пространстве, где гравитационные силы двух тел (в данном случае Земли и Луны) уравновешиваются центробежной силой третьего тела (спутника). В этих точках спутник может находиться в относительном покое относительно двух тел, что делает их удобными для размещения космических станций и обсерваторий.

Для работы Лунной космической станции и проведения исследовательских миссий на самой Луне, безусловно, потребуются обслуживающие космические аппараты — спутники, которые будут выполнять задачи связи, разведки, мониторинга и навигации. Разработанная мною программа позволит эффективно управлять движением таких космических аппаратов в окололунном пространстве, рассчитывая оптимальные варианты их перемещения между различными орбитами. Методики выбора оптимального управления уменьшат необходимость в дополнительных запусках электроракетных двигателей для коррекции орбиты, а это значит, что запасов топлива на борту космических аппаратов будет хватать на более продолжительную эксплуатацию аппаратов и время активной работы спутниковой системы увеличится

— Ду Чунжуй.

С помощью программы можно будет более оперативно менять рабочие орбиты спутников в зависимости от возникающих задач. Программа автоматически рассчитывает параметры закона управления для перемещения космических аппаратов, учитывая множество данных — массу спутника, траекторию движения, вид текущей и будущей орбиты, гравитационное влияние Луны и Земли.

Раньше никто не делал подобных программ для расчета перемещений между различными орбитами вокруг точек либрации, в этом главная новизна данного проекта. Дело в том, что орбиты вокруг точек либрации гораздо более устойчивы, стабильны и надежны, и для размещения спутниковых группировок в окололунном пространстве лучше использовать их, чем нестабильные орбиты вокруг Луны. Я даже думаю, что в будущем нас, возможно, ожидает соперничество за использование орбит у этих точек как за весьма важные, но пространственно ограниченные локации космического пространства

— Ольга Старинова.

Для проверки своей программы Ду Чунжуй использовал математическую модель космического аппарата с электроракетной двигательной установкой. Он проводил численные эксперименты по оптимизации перелетов между разными орбитами в окололунном пространстве. Он также сравнивал свои результаты с другими методами расчета оптимальных траекторий.