Самарский ученый разработает первый в России цифровой двойник системы космического спутника

Разработка аспиранта Самарского университета имени Королева позволит увеличить живучесть спутников

В Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева началась разработка цифрового двойника* системы электропитания малых космических аппаратов - этот программный комплекс должен снизить число нештатных ситуаций, возникающих на борту, и тем самым повысить живучесть спутников.

Проект по созданию цифрового двойника стал победителем конкурса программы "УМНИК" и получил финансовую поддержку Фонда содействия инновациям**. Автор проекта - молодой ученый Самарского университета, аспирант кафедры космического машиностроения имени генерального конструктора Д. И. Козлова Максим Иванушкин.

Одновременно с учебой и проведением научных исследований Максим работает инженером в Научно-исследовательском институте космического машиностроения университета и в Наземном комплексе управления малыми космическими аппаратами "Аист"***, который совмещает в себе функции Центра управления полетами и Центра по приему и обработке космической информации.

"Основой для проекта стала проводимая на нашей кафедре работа по приему и обработке информации, поступающей с малых космических аппаратов "Аист" первого поколения. Анализ накопленной нами телеметрической информации показал, что чаще всего нештатные ситуации на борту космического аппарата происходят из-за отказов по вине системы электропитания, - рассказал Максим Иванушкин. - Поэтому если с помощью цифрового двойника смоделировать работу системы электропитания и иметь возможность прогнозировать показатели и характеристики системы на тот или иной момент времени, это безусловно повысит живучесть спутника и увеличит вероятность безотказной работы космического аппарата".

По словам ученого, моделирование работы системы позволит, согласно разработанным алгоритмам, прогнозировать отказы компонентов и предсказывать возникновение на борту нештатных ситуаций. Параметры состояния системы будут рассчитываться как в режиме реального времени, так и на будущее - вплоть до окончания планируемого срока активного существования аппарата. "Цифровой двойник должен учитывать, насколько это возможно, все особенности своего оригинала. Например, принимать в расчет деградацию аккумуляторных и солнечных батарей, а также учитывать светотеневую обстановку и ее влияние на энергобаланс и возможности работы остальной аппаратуры космического аппарата", - сказал Иванушкин.

Планируется, что данный цифровой двойник войдет в состав программного обеспечения Наземного комплекса управления малыми космическими аппаратами Самарского университета и будет задействован, в первую очередь, при эксплуатации спутников серии "Аист". Однако в перспективе двойник можно адаптировать для работы с другими космическими аппаратами.

"Система энергопитания космических аппаратов имеет практически неизменный состав своих основных элементов, поэтому данный цифровой двойник может стать полезным инструментом для большого числа потребителей, в числе которых могут быть и предприятия-разработчики бортовой аппаратуры, частные космические компании и учебные заведения, а также наземные комплексы управления. Аналогов такой разработки в России пока нет, есть схожее по ряду функций программное обеспечение, но именно цифровых двойников нет", - отметил ученый.

Справочно

*Цифровой двойник (Digital Twin) - это программный виртуальный аналог физического устройства, который моделирует внутренние процессы устройства, что позволяет дистанционно решать различные задачи диагностики оборудования, прогнозирования и оптимизации его работы, предотвращая возможные отказы и сбои.

** "УМНИК" (Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса) - программа выявления и поддержки молодых ученых, стремящихся к самореализации через инновационную деятельность. "УМНИК" существует с 2007 года. За это время в ней приняли участие более 70 тысяч человек, свыше 12 тысяч стали победителями. Программа проводится по пяти направлениям. Победители программы получают финансирование в размере 500 тысяч рублей сроком на два года на развитие научно-инновационного проекта.

*** Самарский университет имени Королева обладает действующей орбитальной группировкой спутников. В 2006 году группа студентов университета инициировала проект по созданию малого космического аппарата "Аист". Разработка велась в кооперации с Самарским ракетно-космическим центром "Прогресс" при поддержке правительства Самарской области.

В апреле 2013 года носитель "Союз-2.1а", стартовавший с космодрома Байконур, вывел на орбиту первый спутник "Аист", в декабре 2013 года ракета "Союз-2.1в" вывела в космос второй МКА "Аист". Спутники "Аист" первой серии предназначены для решения образовательных, научно-технических и экспериментальных задач, в том числе измерение магнитного поля Земли и отработка системы измерения и компенсации микроускорений малого космического аппарата, исследование проблем микрогравитации, исследование поведения высокоскоростных механических частиц естественного и искусственного происхождения, экспериментальная отработка в космосе перспективных типов солнечных батарей из арсенида галлия, созданных на основе нанотехнологий. В настоящее время оба "Аиста" успешно функционируют на орбите, информация со спутников поступает в РКЦ "Прогресс" и в НКУ МКА Самарского университета, где ее обрабатывают студенты и аспиранты.

Второе поколение малых космических аппаратов серии "Аист" разрабатывалось учеными Самарского университета и инженерами РКЦ "Прогресс" как универсальная космическая платформа для решения широкого спектра исследовательских и прикладных задач.

Целевым назначением первого аппарата серии стало решении задач дистанционного зондирования Земли. В апреле 2016 года в рамках первого пуска с нового российского космодрома Восточный самарский спутник "Аист-2Д" был успешно выведен на орбиту. За 4 года работы он отснял более 50 млн кв. км территории земной поверхности - это третья часть площади суши Земли и десятая часть всей нашей планеты.

В настоящее время РКЦ "Прогресс" на базе платформы "Аист-2" ведет разработку комплекса из двух спутников "Аист-2Т" для стереоскопической съемки земной поверхности.

***ПРЕСС-РЕЛИЗ Материал публикуется на коммерческих условиях.

Интерфакс не несет ответственности за содержание материала.

Товары и услуги подлежат обязательной сертификации.