Два космических буксира совместно оснастки нежесткого спутника в космической среде. Автор: Гао, Дэниелсон и Фиерро.
Сегодня на орбите планеты Земля вращается более 8000 искусственных спутников, многие из которых были запущены в космос десятилетия назад. Ремонт и поддержание надлежащей работы этих спутников не всегда просты и часто требуют тщательно спланированных и целенаправленных вмешательств.
Обычная операция по обслуживанию спутников известна как «снятие с орбиты». Этот процесс подразумевает стабилизацию и управление ориентацией спутников, которые начинают неконтролируемо вращаться (т. е. падать) в космосе.
Исследователи из Университета Нью-Мексико (UNM) недавно представили новый адаптивный метод снятия с орбиты нежестких спутников с неизвестной динамикой движения. Их предлагаемый подход был изложен в статье, размещенной на arXivсервер препринтов и будет представлен на конференции IEEE по принятию решений и управлению (CDC 2024), которая пройдет с 16 по 19 декабря в Милане, Италия.
«Наша статья основана на нашем текущем финансировании космических исследований — SURI», — рассказал Tech Xplore Лонгсен Гао, первый автор статьи, ныне аспирант третьего года обучения в AgMan Lab в качестве одного из основных исследователей этого проекта.
«В UNM мы стремимся использовать наши многороботные системы (например, космические буксиры, многорукие роботизированные системы для обслуживания космоса и т. д.), которые включают в себя новые конструкции контроллеров, для выполнения сложных задач по обслуживанию и ремонту, направленных на устранение неисправностей космических систем, таких как спутники, солнечные панели, жесткие или нежесткие части космических систем и т. д.».
Два космических буксира, прикрепленных к разным местам спутника, для применения гаечных ключей на Link-1 (желтая часть) и Link-2 (синяя часть) в условиях симуляции невесомости. Мы импортируем гибридную шарнирную систему из реальной и интегрируем свойства трения, пружины и демпфера на роторе. Кредит: Gao, Danielson & Fierro
Основная цель недавнего исследования Гао и его коллег состояла в том, чтобы разработать эффективный метод опрокидывания нежестких спутников. Такой метод может иметь важные последствия, поскольку опрокидывание является ключевой причиной неисправности спутников, а большинство существующих решений по опрокидыванию применимы только к жестким спутникам.
«Нет других предыдущих исследований, которые рассматривали бы проблему опрокидывания для нежестких спутников», — сказал Гао. «Почти все попытки опрокидывания рассматривают спутники как жесткие тела, упрощая их структуру и игнорируя потенциальные проблемы, которые могут возникнуть из-за изменений в их жесткости.
«Наши исследования выходят за рамки этого, решая проблему опрокидывания нежесткого спутника с помощью двух космических буксиров, один из которых удерживает основание спутника, а другой — неисправную солнечную панель, чтобы перевести весь спутниковый модуль в двухзвенную цепь как нежесткую систему, остановив неизвестное движение спутника».
Метод ослепления, представленный этой группой исследователей, является адаптивным в том смысле, что его можно применять к различным нежестким объектам независимо от их свойств. Другими словами, подход не требует предварительного знания спутника (например, его массы, инерции, центра масс, формы, жесткости и т. д.) для его успешного ослепления.
«Самое главное, наш метод гарантирует, что многоагентная система может ослепить нежесткий спутник, не зная его положения захвата относительно центра масс спутника, что также является прорывом по сравнению с методами адаптивного управления SOTA», — пояснил Гао.
Представленный исследователями подход подразумевает использование двух роботизированных систем, которые крепятся к спутнику в разных местах. Эти системы применяют силу и крутящий момент, необходимые для стабилизации спутника, останавливая его движение и тем самым возвращая его к нормальному функционированию.
Кредит: Гао, Дэниелсон и Фиерро.
«Наш адаптивный метод детумблирования решает самую сложную проблему в исследовании детумблирования SOTA, а именно то, что большинство существующих подходов игнорируют нежесткую структуру спутника во время процесса детумблирования», — сказал Гао. «Мы считаем это серьезной и распространенной проблемой, которая может возникнуть на спутниках, когда они работают в космосе».
Новый подход к падению, предложенный Гао и его коллегами, вскоре может быть усовершенствован и дополнительно проверен в реальных экспериментах, особенно в условиях невесомости. Примечательно, что хотя метод был разработан с учетом демонтажа нежестких спутников, его также можно применять к другим объектам с нежесткими корпусными конструкциями, поэтому его потенциально можно использовать для решения других задач по техническому обслуживанию и ремонту.
«В наших следующих исследованиях, посвященных обслуживанию и ремонту в космосе, мы продолжим изучать, как использовать робототехнические системы для реализации ловких манипуляционных работ во время задач по ремонту и обслуживанию», — добавил Гао.
«Мы планируем объединить методы, основанные на обучении (например, нейронные сети, машинное обучение и глубокое обучение), с нашей разработкой системы управления, чтобы повысить производительность нашего алгоритма управления. Мы также фокусируемся на надежных адаптивных конструкциях алгоритмов MPC, которые можно было бы применять для задач по обслуживанию и ремонту в космосе, что могло бы повысить эффективность и надежность нашего метода».
Дополнительная информация: Лонгсен Гао и др., Адаптивное демонтаж роботом нежесткого спутника, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2407.17617
Информация о журнале: arXiv
