Матюшин Максим Михайлович

В данной статье рассмотрена задача структуризации знаний о процессе и объекте управления и применение их для оперативного контроля состояния пилотируемых космических аппаратов. Выявлена и обоснованна необходимость объединения накопившегося опыта управления полетом пилотируемыми космическими аппаратами в виде единой предметной области. На основе проведенного исследования авторами предлагается новый подход к структуризации знаний о процессе и объекте управления, рассмотрены инструменты для решения поставленной задачи и практического применения.

В последнее десятилетие существенно возросло количество функционирующих на околоземных орбитах малых космических аппаратов (МКА), что обусловлено относительно малой стоимостью их изготовления и быстрым развитием электроники. Даже так называемые «кубсаты», представляющие собой куб с ребром 10 сантиметров, способны успешно конкурировать с более габаритными космическими аппаратами, решая точечные научные задачи, обеспечивая получение навыков работы с МКА в университетской среде. Центр управления полётами МКА МГТУ им. Н.Э. Баумана(ЦУП-Б) осуществляет слежение, приём и обработку телеметрической информации (ТМИ) с нескольких МКА, передающих данные в радиолюбительском диапазоне частот 435-437 МГц. Приём и обработка ТМИ с этих МКА рассматривались изначально в качестве тренировок для получения необходимого опыта управления собственными МКА «Бауманец» и «Бауманец-2». Вместе с тем, за время работы с данными аппаратами было выявлено несколько ключевых моментов, с которыми ЦУП-Б неизбежно столкнётся после запуска собственного спутника, самым важным из которых является низкая скорость обработки ТМИ с таких МКА при определённых режимах передачи информации с борта на Землю. Следовательно, основной задачей представляется повышение быстроты обработки ТМИ и высвобождение времени под оперативный анализ полученных данных.  

При дефиците времени, который характерен для принятия решений в условиях управления полетом космического аппарата, облегчить процесс принятия решений возможно формализовав средства описания сценария управления полетом. Сценарием, в данном случае, является описание процесса управления полетом космического аппарата, направленного на достижение одной из целей управления. Данное описание возможно в дискретном, в том числе и временном, пространстве, с определенной степенью точности. Описание представляет собой множество возможных фазовых траекторий изменений состояния системы управления полетом. В этом случае, сценарий будет представлять собой достаточно сложную формальную конструкцию, в которой сочетаются различные элементы - модели, шкалы, переменные - описывающие процесс достижения рассматриваемой цели.

Одним из путей повышения эффективности контроля массива параметров состояния космического аппарата в процессе оперативного управления полетами является создание  иерархической структуры контроля информации, поступающей с борта в наземный контур управления полетом. При создании подобной иерархической системы контроля встает задача оценки уровней информационной нагрузке на ее структурные элементы. Кроме того, распределение информационной нагрузки между структурными элементами системы контроля должно быть равномерным, обеспечивая тем самым условия эффективной и надежной работы системы. В статье рассматривается один из возможных подходов к формализацию распределения информационной нагрузки путем моделирования иерархической системы контроля.

Любая бортовая система представляет собой сложную техническую систему, и для ее анализа требуются специальные математические методы. Количество параметров описывающих состояние космического аппарата насчитывается десятками тысяч.Каждый такой параметр характеризует состояние узла, блока, агрегата, подсистемы какой-либо бортовой системы, или  какой-либо аспект функционирования этого узла, блока, агрегата.Для оценки состояния космического аппарата и поддержки принятия решений требуется оценка совокупности параметров описывающих состояние космического аппарата. Один из подходов, позволяющих облегчить процесс поиска решений группой управления полетом космического аппарата представлен в данной статье. Таким методом является использование «деревьев» поиска состояния. Такой подход позволяет оптимизировать процесс анализа состояния бортовых систем. Также использование «деревьев» поиска состояния позволяет автоматизировать процесс анализа и реализовать его программными, организационными, аппаратными средствами.

Состояние космического аппарата характеризуется определенным набором параметров, получаемых с борта космического аппарата по каналам телеметрии. Для принятия  оперативных решений на основе результатов анализа полученных параметров, требуется оценочная функция, показывающая характер изменения этих параметров. В статье описываются способы построения таких оценочных функций для одного непрерывного параметра, а также одного  параметра с двусторонним ограничением области допустимых значений. Приведен пример построения оценочной функции с применением экспертных оценок и с использованием цветового кодирования для автоматизированной оценки и поддержки принятия решений. Оценочные функции часто используются оперативной группой управления для прогноза и идентификации нештатных ситуаций и оперативного принятия решений по выходу из нештатных ситуаций.