МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ РОБОТОВ

© Л.А.Болдачева, Р.А.Никитушкин, А.А.Новалов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2009 г.

Основная цель миссии «Фобос-Грунт»  доставка на Землю образцов грунта Фобоса и исследование химического состава грунта посредством научной аппаратуры, установленной на борту перелётного модуля. Автоматические межпланетные станции, по сути, должны быть роботами, поскольку большая задержка сигнала исключает телеуправление исполнительными устройствами в режиме реального времени. В силу этого бортовой механизм должен уметь принимать решения на месте, т. е. это должен быть универсальный, оснащённый компьютером манипулятор типа «глаз-рука».

Как правило, система управления роботом представляет собой специализированный бортовой вычислительный комплекс (БВК), математическое обеспечение которого весьма сложно. В память робота вводится математическая модель внешней среды и общая цель, которую необходимо достигнуть. Конкретная программа действий вырабатывается в процессе функционирования робота на основании сопоставления модели внешней среды, основной цели и информации, получаемой от сенсоров.

При проектировании узлов космических аппаратов на основе расчётов производится отбор оптимальных конструкций. По результатам наземных испытаний выбирается модель, наилучшим образом отвечающая определённым требованиям. Применение математического моделирования в разработке космической техники позволяет отказаться от изготовления большого количества промежуточных экспериментальных образцов.

Манипулятор представляет собой жёстко закрепленный на перелётном модуле двухзвенный механизм с четырьмя степенями свободы, оконечным звеном которого является устройство для забора грунта.

В докладе представлена математическая модель робота, процесса забора грунта Фобоса и перегрузки проб в спускаемый аппарат. По данным видеокамер перелётного модуля определяются координаты центров фрагментов с последующей передачей данных в блок управления манипулятором. Представлены эффективные алгоритмы обработки видеоизображений с целью выделения границ фрагментов, определения координат центров фрагментов и расстояний до них.