федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»

Свежие новости

События

Самарский ученый разработает первый в России цифровой двойник системы космического спутника

Самарский ученый разработает первый в России цифровой двойник системы космического спутника

Самарский университет

Разработка аспиранта Самарского университета имени Королева позволит увеличить живучесть спутников

НИИ космического машиностроения аспиранту кафедра космического машиностроения Достижения сотрудников разработки Исследования Наука Аист-2Д РКЦ "Прогресс" УМНИК Видео Иванушкин Максим
30.09.2020 2021-01-12
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.
Для справки
*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 собственной 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.