ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРСПЕКТИВНЫХ КА, СОЗДАВАЕМЫХ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
© В.В.Ламзин, Ю.А.Матвеев, В.А.Ламзин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2010 г.
В докладе представлена задача прогнозирования характеристик перспективных космических аппаратов (КА), создаваемых для эффективной модернизации космической системы дистанционного зондирования Земли (КС ДЗЗ) в планируемый период. С этой целью рассматривается одна из главных задач модернизации КС ДЗЗ – задача оптимизации параметров КС при модернизации к моменту прогноза, определяется состав основных проектных моделей, необходимых для оценки характеристик перспективных КА. Следует отметить, что прогнозные исследования конкретных образцов подсистем КС ДЗЗ позволяют построить и уточнить модели, оценить характеристики альтернативных технических решений, установить закономерности (оценить влияние динамики функциональных связей на решение).
Особенностью проектных исследований КС ДЗЗ при модернизации к моменту прогноза является необходимость учёта изменений проектно-конструкторских решений (ПКР) при замене подсистем, динамики функциональных связей. В таком случае вопросы модернизации КС ДЗЗ и создания модификаций КА наблюдения взаимосвязаны и взаимообусловлены. Анализ показывает, что рациональным подходом к поиску эффективного решения является реализация метода многоуровневой согласованной оптимизации. В основе метода - схема многоуровневого управления разработкой, многоуровневая модель проектных исследований и статистический метод согласованного оптимизационного поиска.
Формирование многоуровневой модели для исследований КА и их модификаций проводится в соответствии с принятой структурной схемой КС ДЗЗ. В докладе при постановке задачи и формировании проектных зависимостей рассматривается укрупненная структура КС ДЗЗ, состоящая из двух сегментов: наземного и космического.
Космический сегмент включает систему КА. Это один или несколько однотипных КА в системе. В систему может входить базовый КА и несколько модификаций КА. Каждый КА включает модуль целевой аппаратуры (МЦА) и обеспечивающую подсистему – универсальную космическую платформу (УКП).
В докладе представлен анализ и дана постановка задачи комплексной оптимизации параметров модификации КА ДЗЗ. Вопросы поиска рациональных параметров модификации КА рассматриваются на 2-х уровнях управления разработкой (на 2-х уровнях детализации проекта).
На верхнем уровне управления разработкой рассматривается задача оптимизации параметров КА наблюдения в составе КС ДЗЗ. Поиск решения проводится на обобщенных проектных моделях, учитываются особенности программы модернизации КС, динамики внешних функциональных связей (нагрузки на систему, целевой эффективности).
На нижнем уровне управления разработкой используются детальные проектные модели. Рассматривается задача определения характеристик КА ДЗЗ при наличии ПКР и при условии выполнения функциональных и параметрических ограничений.
Такие ограничения позволяют учесть особенности функционирования КА в составе КС ДЗЗ. Соответствующие требования (условия) находятся при оптимизации параметров КА в составе КС ДЗЗ, то есть при решении задачи на верхнем уровне управления разработкой.
Для решения задачи комплексной оптимизации параметров модификации КА ДЗЗ разработан алгоритм двухуровневой согласованной оптимизации. При реализации такого алгоритма особенности ПКР заменяемых подсистем учитываются за счет направленного уточнения (адаптации) коэффициентов обобщенных проектных зависимостей на верхнем уровне управления разработкой без расширения состава модели (модификаций КА) и состава определяемых (варьируемых) параметров. В основе такого подхода лежит принцип рандомизации. Анализ показывает, что при двухуровневой схеме управления разработкой обеспечивается согласование параметров КС ДЗЗ и параметров модификации КА с учётом особенностей ПКР заменяемых подсистем и при заданных функциональных связях.
Разработаны схемы прогнозных исследований КА в составе КС ДЗЗ (на верхнем и нижнем уровнях управления разработкой) для эффективной модернизации КС к заданному моменту времени прогноза. При поиске рационального решения используются проектные зависимости (модели) для определения баллистических характеристик, массовых показателей и геометрических размеров. Используются также зависимости для определения целевой эффективности и надёжности функционирования модификации КА, затрат на реализацию проекта КА. Формирование соответствующих зависимостей проводится с учётом особенностей модификации КА.
Комплексное исследование, прогнозирование характеристик перспективных КА для эффективной модернизации КС ДЗЗ при наличии технических и технологических ограничений проводится итерационно. Последовательно решаются проектные задачи на верхнем и нижнем уровнях управления разработкой, реализуется процедура согласования проектных решений. Такой подход, с одной стороны, дает возможность учесть особенности ПКР КА ДЗЗ без расширения состава проектной модели. С другой стороны, оптимизация параметров КА ДЗЗ на нижнем уровне управления (при детализации проектной модели) проводится с учетом динамики функциональных ограничений (массовых, габаритных, информационных, энергетических). Детализация такого подхода дает возможность организовать многовариантные прогнозные исследования (при ограничении на сроки работ) и обеспечивает определение рационального проектного решения за счет расширения области возможных решений.