Цель проекта:

Разработка научных основ создания и использования технологии системного моделирования (СМ) функционирования космических аппаратов (КА) на основе концепции цифровых двойников (ЦД), которая позволит, основываясь на новых принципах, подойти к созданию космической техники. Для демонстрации основных принципов технологии СМ КА на основе ЦД предлагается разработать программный комплекс для совместного (системного) параллельного проектирования КА как цифрового двойника, а также проверки проектных решений посредством имитационного моделирования и создания истории ЦД.

В настоящее время бурное развитие, в том числе в ракетно-космической отрасли, получила концепция системного (аппаратно-программного) моделирования сложных технических объектов (СТО). Основной особенностью таких объектов является наличие систем управления реального времени со сложной и порой неоднородной структурой (датчики и устройства управления построены на различных физических принципах, разнообразие интерфейсов информационного обмена и т.п.). В иностранной литературе приняты методы моделирования, которые обобщённо называются «X-In-the-Loop»: «Model in the Loop», «Software in the Loop», «Processor in the Loop», «Hardware in the Loop».

Один из подходов, возникших в области системного инжиниринга, – это инженерия на основе моделей (MBSE – Model Based Systems Engineering). Этот подход призван не только описать изделие (составные части космических аппаратов, бортовую аппаратуру) как комплексную модель, а не набор разрозненных документов, но и активно способствовать использованию моделей в компьютерных экспериментах, проводимых с помощью инструментов MBSE. Источниками информации, которую инженеры вводят в инструменты MBSE для проектирования КА, являются техническая документация и неявные знания инженеров.

С другой стороны, большую популярность сейчас приобретает концепция цифровых двойников СТО. Хотя сам термин ЦД ещё не устоялся, можно выделить некоторые важные аспекты:
● ЦД базируется на мультифизическом (MultiPhysics) математическом моделировании физических процессов, определяющих свойства и поведение объекта;
● ЦД позволяет разработчикам наблюдать за работой виртуального объекта, чтобы лучше понять, как оптимизировать работу физического объекта;
● ЦД, основанные на моделировании физических процессов, предоставляют данные, которые невозможно получить непосредственно на физическом объекте;
● ЦД – это модель, которая накапливает информацию о реальном изделии по мере его эксплуатации в конкретных условиях.
С точки зрения концепции ЦД, моделирование – это основа для проектирования, создания и эксплуатации изделий на протяжении всего жизненного цикла, основанная на постоянной связи с операционными данными об эксплуатируемом объекте.

Таким образом, научная новизна и эффективность решений, которые планируется получить в ходе реализации заявленного гранта будут состоять в разработке комплексного подхода при создании технологии проектирования и разработке КА на основе концепции ЦД, разработке системной цифровой модели КА, позволяющей ещё до создания реального объекта оперировать инженерными и конструкторскими решениями и оценивать их эффективность, а также аккумулировать в единой базе знаний всю информацию о разрабатываемом КА.

Публикации:

1. Ковтун В.С., Павлов А.Н., Воротягин В.Н. Метод получения синергетического ресурса рабочего тела электроракетных двигателей космического аппарата // XIV Всероссийское совещание по проблемам управления (ВСПУ-2024): сборник научных трудов, 17-20 июня 2024 г., Москва / Под общ. Ред. Д.А.Новикова; Ин-т проблем упр. им. В.А.Трапезникова Рос. акад. наук. – Электрон. тестовые дан. (824 файла: 433 МБ).

2. Павлов А.Н., Павлов Д.А., Кулаков А.Ю. Study of technology for the reliability and survivability modelling of onboard control system of small spacecraft operating in complex modes // Journal of Applied Engineering Science. 2024. Vol. 22. No. 3. P.612–620. DOI: 10.5937/jaes0-50149.

3. Павлов А. Н., Колесник Д. Ю., Гордеев А. В. Методика повышения надежности применения многоспутниковой группировки малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2024. Т. 67. № 11. С. 975–983. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-11-975-983.

4. Павлов А. Н., Павлов Д. А., Воротягин В. Н. Исследование структурной живучести бортовых систем космических аппаратов на основе метрик центральности нечетких графов цифровых двойников // Авиакосмическое приборостроение. 2024. № 8. С. 26–36. DOI: 10.25791/aviakosmos.8.2024.1424.

5. Кулаков А.Ю. Специальное программное обеспечение планирования распределения и выполнения заявок многоспутниковой орбитальной группировкой на основе мультиагентного подхода // Авиакосмическое приборостроение. 2024. № 5. С. 58–68.