СТРАТЕГИЯ ГАРАНТИРУЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ СПУСКОМ КА В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕР ИССЛЕДУЕМЫХ ПЛАНЕТ

© П.В.Меркулов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2009 г.

Исследование планет Солнечной системы с помощью космических аппаратов (КА) приобретает в последнее время систематический характер. Если при первых экспедициях на ближайшие к Земле планеты в основном преследовалась цель осуществить перелет и посадку КА на их поверхность, то теперь на первый план выходит транспортная задача более высокого уровня, доставить на поверхность исследуемой планеты максимальную массу полезной нагрузки.

Одним из способов увеличения эффективности КА является использование атмосфер планет для гашения избыточной скорости спускаемого аппарата (СА) при пассивном его полете в плотных слоях атмосферы.

Основной проблемой торможения СА в атмосферах исследуемых планет является значительная неопределенность их параметров.

Не учет относительно широких пределов этой неопределенности может привести к грубым ошибкам при синтезе системы управления движением СА или, в крайнем случае, к досрочному прекращению экспедиции, что неоднократно имело место в экспедициях к Марсу.

В этой связи предлагается применение гарантирующей стратегии управления спуском, в основе которой лежит «игровой» подход к формированию неопределенных воздействий на СА в процессе аэродинамического его торможения.

Суть данного подхода заключается в предположении, что значение моделируемого фактора заключено в некоторых пределах так называемой области неопределенности, которая задается своими границами. В этом случае при решении каких-либо оптимизационных или предельных задач из всех возможных реализаций неопределенного фактора рассматривается та реализация (из области неопределенности), которая наихудшим образом скажется на исследуемых показателях (например, на критерии оптимальности).

Выполнение всех накладываемых ограничений при наихудших реализациях неопределенных воздействий будет означать гарантированное выполнение этих ограничений при любых возможных реализациях этих воздействий.

Для подтверждения гарантии искомого результата предлагается гипотетическое статистическое моделирование спуска, в основу которого положен комбинированный вариант учета неопределенности. В этом случае область неопределенности «заполняется» гипотетическими вероятностными характеристиками, полученными для подобных физических условий. Например, когда области неопределенности, характерные для параметров атмосферы Марса, «заполняются» вероятностными характеристиками поведения соответствующих земных параметров атмосферы.

В данной работе рассматривается применение «игрового» подхода к решению задачи управления спуском СА, оснащенного надувным тормозным устройством (НТУ). В качестве примера рассматривается наиболее простой случай спуска СА с нулевым аэродинамическим качеством. Управление в данном случае сводится к выдаче команды на ввод дополнительного НТУ (ДНТУ) при гарантированном соблюдении ограничений на высоту и число Маха при вводе ДНТУ в действие.

Результаты проведенного численного моделирования спуска СА с НТУ в атмосфере Марса подтвердили правильность изначального выбора учитываемых возмущающих воздействий и способа их моделирования. Количественные оценки влияния этих неопределенных факторов отражены в графических результатах данной работы.