Параметрический анализ и оценка наихудшей точности ориентации космического аппарата

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе рассматривается угловое движение космического аппарата под воздействием различных возмущающих факторов. Предлагается методика исследования пространства возмущающих параметров для оценки вероятности попадания точности ориентации в некоторый интервал, а также выявления наихудшей точности и соответствующих ей возмущающих параметров. Для анализа структуры всего множества возмущающих параметров используется способ получения статистического ансамбля и дальнейшей интерпретации данных. Наихудшее значение точности ориентации ищется с помощью метода роя частиц, в котором учитываются ограничения на возмущающие параметры. Приведен численный пример анализа точности ориентации в режиме орбитальной стабилизации обоими способами.

Об авторах

А. С. Дробышева

Институт космических исследований РАН

Email: stevens_L@mail.ru
Москва, Россия

С. С. Ткачев

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: stevens_L@mail.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Brasoveanu D., Hashmall J. Spacecraft Attitude Determination Accuracy From Mission Experience // Flight Mech. Theory, NASA, 1994. P. 153–168. https://www.tib.eu/de/suchen/id/BLCP %3ACN003744905
  2. Игнатов А.И., Иванов Г.А., Коломиец Е.С. и др.Реализация режима солнечной ориентации космического аппарата с помощью системы двигателей-маховиков // Косм. исслед. 2023. Т. 61. С. 143–156. https://journals.rcsi.science/0023-4206/article/view/137338
  3. Boussadia H., Mohammed M., Abdelkrim M. et al.Estimation of satellite attitude dynamics and external torques via mixed Kalman/H-infinity filter under inertia uncertainties // Aerosp. Syst. 2023. V. 6. P. 633–640. https://doi.org/10.1007/s42401-023-00235-4
  4. Kim J., Bang H.Observer-Based Disturbance Estimation for a Spacecraft Inertial Pointing Using Magnetic Torquers // Trans. JAPAN Soc. Aeronaut. Sp. Sci. Aerosp. Technol. JAPAN. 2019. V. 17. https://doi.org/10.2322/tastj.17.447
  5. Ivanov D., Roldugin D. Nanosatellite Three-Axis Attitude Control and Determination Using Two Magnetorquers Only // Proc. 9th International Conference on Recent Advances in Space Technologies. Istanbul, Turkey. 2019. P. 761–768. https://doi.org/10.1109/RAST.2019.8767828
  6. Ivanov D., Roldugin D., Ovchinnikov M. Three-Axis Attitude Determination Using Magnetorquers // J. Guid. Control Dyn. 2018. V. 41. P. 1–24. https://doi.org/10.2514/1.G003698
  7. Ivanov D.S., Ovchinnikov M.Y., Penkov V.I. et al. Advanced numerical study of the three-axis magnetic attitude control and determination with uncertainties // Acta Astronaut. 2017. V. 132. P. 103–110. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.11.045
  8. Ulrich S., Côté J., de Lafontaine J.In-Flight Attitude Perturbation Estimation for Earth-Orbiting Spacecraft // J. Astronaut. Sci. 2009. V. 57. https://doi.org/10.1007/BF03321520
  9. Khurshid O., Selkäinaho J., Soken H. et al.Small satellite attitude determination during plasma brake deorbiting experiment // Acta Astronaut. 2016. V. 129. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.035
  10. Wertz J.Spacecraft Attitude Determination And Control. Springer, 1978. https://doi.org/10.1007/978-94-009-9907-7
  11. ECSS-E-ST-60-10C, Space engineering — Control performance, ECSS Secretariat ESA-ESTEC Requirements & Standards Division, Noordwijk, The Netherlands, 2008.
  12. ECSS-E-HB-60-10A, Space engineering — Control performance guidelines, ECSS Secretariat ESA-ESTEC Requirements & Standards Division, Noordwijk, The Netherlands, 2010.
  13. Kennedy J., Eberhart R.Particle swarm optimization // Proc. ICNN’95-International Conf. Neural Networks. Perth, WA, Australia. 1995. P. 1942–1948.
  14. Guerman A.D., Ivanov D.S., Roldugin D.S. et al.Orbital and Angular Dynamics Analysis of the Small Satellite SAR Mission INFANTE // Cosmic Research. 2020. V. 58. P. 206–217. https://doi.org/10.1134/S0010952520030016
  15. Зубов В.И.Лекции по теории управления. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва “Наука”, 1975.
  16. Tsiotras P.New Control Laws for the Attitude Stabilization of Rigid Bodies // IFAC Proc. 1994. V. 27. P. 321–326. https://doi.org/10.1016/S1474-6670(17)45820-4
  17. Овчинников М.Ю., Ткачев С.С., Карпенко С.О.Исследование углового движения микроспутника Чибис-М с трехосным маховичным управлением // Косм. исслед. 2012. Т. 50. С. 462–471.
  18. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. М.: Наука, 1967.
  19. Annenkova A., Abdelrahman N., Ivanov D. et al. CubeSat Magnetic Atlas and in-Orbit Compensation of Residual Magnetic Dipole // Proc. 71th International Astronautical Congress. The CyberSpace Edition. 12–14 October 2020.
  20. Ovchinnikov M., Ivanov D.Approach to study satellite attitude determination algorithms // Acta Astronaut. 2014. V. 98. P. 133–137. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.01.024
  21. Ivanov D., Ovchinnikov M., Ivlev N. et al.Analytical study of microsatellite attitude determination algorithms // Acta Astronaut. 2015. V. 116 P. 339–348. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.07.001
  22. Chasset C., Noteborn R., Bodin P. et al.3-Axis magnetic control: flight results of the TANGO satellite in the PRISMA mission // CEAS Sp. J. 2013. V. 5. P. 1–17. https://doi.org/10.1007/s12567-013-0034-9
  23. Bodin P., Larsson R., Nilsson F. et al.PRISMA: An In-Orbit Test Bed for Guidance, Navigation, and Control Experiments // J. Spacecr. Rockets. 2009. V. 46. P. 615–623. https://doi.org/10.2514/1.40161
  24. Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Penkov V.I. et al. Fully magnetic sliding mode control for acquiring three-axis attitude // Acta Astronaut. 2016. V. 121. P. 59–62. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.12.031
  25. Tkachev S., Mashtakov Y., Ivanov D. et al.Effect of Reaction Wheel Imbalances on Attitude and Stabilization Accuracy // Aerosp. 2021. V. 8. https://doi.org/10.3390/aerospace8090252
  26. Alcorn J., Allard C., Schaub H.Fully Coupled Reaction Wheel Static and Dynamic Imbalance for Spacecraft Jitter Modeling // J. Guid. Control. Dyn. 2018. V. 41. P. 1380–1388. https://doi.org/10.2514/1.G003277
  27. Hoeffding W.Probability Inequalities for Sums of Bounded Random Variables // J. Am. Stat. Assoc. 1963. V. 58. P. 13–30. https://doi.org/10.1080/01621459.1963.10500830
  28. Dvoretzky A., Kiefer J., Wolfowitz J.Asymptotic Minimax Character of the Sample Distribution Function and of the Classical Multinomial Estimator // Ann. Math. Stat. 1956. V. 27. P. 642–669. https://doi.org/10.1214/aoms/1177728174
  29. Kuzin S., Bogachev S., Pertsov A. et al. EUV telescope for a Cubesat nanosatellite // Appl. Opt. 2023. 62. P. 8462–8471. https://doi.org/10.1364/AO.501437
  30. Kennedy R., Eberhart J.Particle swarm optimization // Proc. Int. Conf. Neural Networks. IEEE. Perth, Australia. 1995. V. 4. P. 1942–1948.
  31. Trelea I.C.The particle swarm optimization algorithm: convergence analysis and parameter selection // Inf. Process. Lett. 2003. V. 85. P. 317–325. https://doi.org/10.1016/S0020-0190(02)00447-7
  32. Vanderbergh F., Engelbrecht A.A study of particle swarm optimization particle trajectories // Inf. Sci. 2006. V. 176. P. 937–971.
  33. Okhitina A., Roldugin D., Tkachev S.Application of the PSO for the construction of a 3-axis stable magnetically actuated satellite angular motion // Acta Astronaut. 2022. V. 195. P. 86–97. https://doi.org/10.1016/J.ACTAASTRO.2022.03.001
  34. Okhitina A., Roldugin D., Tkachev S.Magnetically controllable attitude trajectory constructed using the particle swarm optimization method // 72nd Int. Astronaut. Congr.Dubai,UAE.2021.
  35. Okhitina A., Tkachev S., Roldugin D.Comparative cost functions analysis in the construction of a reference angular motion implemented by magnetorquers // Aerospace. 2023. V. 10. Art.ID. 468.
  36. Белецкий В.В., Яншин А.М.Влияние аэродинамических сил на вращательное движение искусственных спутников. Киев: Наук. думк, 1984.
  37. Dutoit S.H.C.Graphical Exploratory Data Analysis. Springer, 2012.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025