alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2016.21-22.045-054alternative-882Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯENERGY AND ECOLOGYРАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, АЛГОРИТМА И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ВЫБОРА ЗАЩИТЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТЕОРОВ И КОСМИЧЕСКОГО МУСОРАDEVELOPMENT OF THE MATHEMATICAL MODEL, ALGORITHM AND SOFTWARE FOR SELECTION OF THE SPACECRAFT PROTECTION AGAINST IMPACT OF THE METEORITES AND SPAСE DEBRISГалеевА. Г.GaleevA. G.

д-р техн. наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР вобласти науки и техники, действительный член РАКЦ, главный научный сотрудник ФКП «НИЦ РКП», профессор кафедры «Управление эксплуатацией РКС»

D.Sc. (engineering), Professor, Laureate of USSR Council of Ministers in the field of science and technology, member of the RACTs, Chief Researcher of the PCF “SIC RSI”, Professor of “Management of Operation of RSS”

ajv.galeev@yandex.ruКаданцевВ. Н.KadantsevV. N.

д-р физ.-мат. наук, профессор, член Нью-Йоркской академии наук, Российской экологической академии, заведующий кафедрой «Прикладная синергетика»

D.Sc. (physics and mathematics), Professor, Member of the New York Academy of Sciences, Russian Ecological Academy, the Head of the Applied Synenergetics Department

face@neicon.ruЗахаровЮ. В.ZakharovY. V.

д-р техн. наук, профессор кафедры «Прикладная синергетика»

face@neicon.ruМихайловД. Н.MikhaylovD. N.

заместитель генерального конструктора по испытаниям

D.Sc. (engineering), Professor of the Applied Synergetics Department

face@neicon.ruФКП «Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности»РоссияScience and Testing Center of the Rocket-Space IndustryRussian FederationМосковский технологический университетРоссияMoscow Technological UniversityRussian FederationФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина»РоссияS.A. Lavochkin Scientific and Production AssociationRussian Federation201619112016021-224554Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20162016Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/882

В статье рассмотрены существующие в космическом пространстве источники высокоскоростных тел и частиц естественного и искусственного происхождения, нарушающие безопасность функционирования космического аппарата. Приведены характеристики некоторых групп метеорных частиц и источников космического мусора, соударения с которыми могут предотвращаться изменением орбиты полета КА и созданием оптимальной защиты поверхности аппарата. Показано решение актуальной проблемы создания защиты космических аппаратов (КА), длительное время находящихся на околоземных орбитах, а также разработки алгоритма и программного обеспечения по оптимизации систем экранной защиты и уменьшению дополнительной массы. С помощью разработки алгоритмов и программного обеспечения для оптимизации массы многоэлементной защиты базовых моделей в виде куба и цилиндра (на языках Fortran и BUILDER-4) методом динамического программирования на множествах Парето решена задача по оптимизации экранной защиты поверхности КА. Кроме того, разработаны сервисные программы, обеспечивающие интерфейс расчетных программ и баз данных при работе с операционной системой Windows, и программы визуализации результатов оптимизации (программы построения диаграмм, гарантирующие наглядность расчетов).

The paper deals with the sources of high speed bodies and particles of the natural and artificial origin which are dangerous for the spacecraft operation. The paper presents the parameters of certain groups of the meteoric particles and the sources space debris. The following ways allow the spacecrafts to avoid collision with space debris: change of spacecraft orbit, and optimal protection of the spacecraft surface. An actual problem of creation of the spacecraft protection for spacecraft operating on the near Earth orbit for a long time includes development of the algorithms and software for the optimization of spacecraft screen protection and reduce mass. Development of the algorithms and software for the spacecraft multiunit protection solves the problem of optimization of spacecraft surface screen multi-unit protection for basic models as cube and cylinder (in the algorithmic languages of Fortran and BUILDER-4) by the method of dynamic programming with Pareto sets. Moreover, we developed the visualization programs of the optimization results and the utilities that provide interface of the calculating programs and databases in Windows environment. The programs include plotting, providing the calculation clearness.

метеорыкосмический мусорсистема защитыкосмический аппаратзатраты массы на защитупрограммное обеспечениеmeteoroidsspace debrisprotection systemspacecraftmass consumption on the protectionsoftwareReferencesChristiansen E.L. Design and performance equations for advanced meteoroid and debris shields//International Journal of Impact. Engineering. 1993. Vol. 4. P. 93-104.Christiansen E.L. Design and performance equations for advanced meteoroid and debris shields. International Journal of Impact. Engineering, 1993, vol. 4, pp. 93–104 (in Eng.).Reimerdes H.G., Wohlers W. Optimization of meteoroid and space debris protection systems//Third European Conference on Space Debris, Darmstadt, 2001. P. 655-660.Reimerdes H.G., Wohlers W. Optimization of meteoroid and space debris protection systems. Third European Conference on Space Debris, Darmstadt, 2001, pp. 655–660 (in Eng.).Галеев А.Г., Захаров Ю.В., Макаров В.П., Родченко В.В. Проектирование испытательных стендов для экспериментальной отработки объектов ракетно-космической техники. М.: Изд-во МАИ, 2014. 328 с.Galeev A.G., Zaharov Yu.V., Makarov V.P., Rodchenko V.V. Proektirovanie ispytatel’nyh stendov dlâ èksperimental’noj otrabotki ob’ektov raketnokosmičeskoj tehniki. Moscow: Izd-vo MAI Publ., 2014 (in Russ.).Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду: Справочное изд. М.: Изд-во «Анкил», 2000.Èkologičeskie problemy i riski vozdejstvij raketnokosmičeskoj tehniki na okružaûŝuû prirodnuû sredu: Spravočnoe izd. Moscow: “Ankil” Publ., 2000 (in Russ.).Струченков В.И. Динамическое программирование с использованием множеств Парето//Дискретный анализ и исследование операций. 2008. Т. 16, № 6. С. 58-62.Struchenkov V.I. Dinamičeskoe programmirovanie s ispol’zovaniem množestv Pareto. Diskretnyj analiz i issledovanie operacij, 2008, vol. 16, no. 6, pp. 58–62 (in Russ.).Струченков В.И. Методы оптимизации в прикладных задачах. Изд-во Солон Пресс. М., 2009.Struchenkov V.I. Metody optimizacii v prikladnyh zadačah. Solon Press Publ.. Moscow, 2009 (in Russ.).Lupichev L.N., Savin A.V., Kadantsev V.N. Synergetics of Molecular Systems. Springer International Publishing Switzerland. 2015.Lupichev L.N., Savin A.V., Kadantsev V.N. Synergetics of Molecular Systems. Springer International Publishing Switzerland, 2015 (in Eng.).ГОСТ 25.645 128-85. Вещество метеорное. Модель пространственного распределения.GOST 25.645 128-85. Veŝestvo meteornoe. Model’ prostranstvennogo raspredeleniâ (in Russ.).Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований. Под ред. Г.М. Полищука и К.М. Пичхадзе. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010.Avtomatičeskie kosmičeskie apparaty dlâ fundamental’nyh i prikladnyh naučnyh issledovanij. Pod red. G.M. Polishchuk i K.M. PichhadzE Moscow: MAIPRINT Publ., 2010 (in Russ.).Гофин М.Я. Жаростойкие и теплозащитные конструкции многоразовых аэрокосмических аппаратов. М.: ТФ «МИР», 2003.Gofin M.Ya. Žarostojkie i teplozaŝitnye konstrukcii mnogorazovyh aèrokosmičeskih apparatov. Moscow: TF “MIR” Publ., 2003 (in Russ.).Бирюков А.С., Макаров В.П., Маркачев Н.А., Леднев М.И., Викуленков А.В. Конструкция и прочность. Межорбитальный космический буксир «Фрегат». М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2012.Biryukov A.S., Makarov V.P., Markachev N.A., Lednev M.I., Vikulenkov A.V. Konstrukciâ i pročnost’. Mežorbital’nyj kosmičeskij buksir “Fregat”. Moscow: MAI-PRINT Publ., 2012 (in Russ.).Ефанов В.В., Шевалев И.Л., Воронцов В.А., Моишеев А.А. Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ: Т. 1, 2013.Efanov V.V., Shevalev I.L., Voroncov V.A., Moisheev A.A. Proektirovanie avtomatičeskih kosmičeskih apparatov dlâ fundamental’nyh naučnyh issledovanij. Moscow: Izd-vo MAI-PRINT Publ.: vol. 1,2013 (in Russ.).Галеев А.Г., Колесников А.В., Палешкин А.В., Родченко В.В. Проектирование испытательных стендов для тепловакуумных испытаний космических аппаратов. М.: Издательство МАИ, 2015.Galeev A.G., Kolesnikov A.V., Paleshkin A.V., Rodchenko V.V. Proektirovanie ispytatel’nyh stendov dlâ teplovakuumnyh ispytanij kosmičeskih apparatov. Moscow: MAI Publ., 2015 (in Russ.).Галеев А.Г., Золотов А.А., Родченко В.В., Галеев А.В. Планирование комплексной отработки сложных технических систем//Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2015. № 9. С. 76-85.Galeev A.G., Zolotov A.A., Rodchenko V.V., Galeev A.V. Planirovanie kompleksnoj otrabotki složnyh tehničeskih system. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2015, no. 9, pp. 76–85 (in Russ.).Грибанов В.Ф., Рембеза А.И., Голиков А.И. и др. Методы отработки научных и народно-хозяйственных ракетно-космических комплексов. М.: Машиностроение, 1995.Gribanov V.F., Rembeza A.I., Golikov A.I. et al. Metody otrabotki naučnyh i narodno-hozâjstvennyh raketno-kosmičeskih kompleksov. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1995 (in Russ.).Кармишин А.В., Лиходед А.И., Паничкин Н.Г., Сухинин С.Н. Основы отработки прочности ракетно-космических конструкций. М.: Машиностроение, 2007.Karmishin A.V., Lihoded A.I., Panichkin N.G., Suhinin S.N. Osnovy otrabotki pročnosti raketnokosmičeskih konstrukcij. Moscow: Mashinostroenie Publ., 2007 (in Russ.).Голиков Г.В., Леднев М.И., Лошаков В.А., Макаров В.П., Маркачев Н.А., Самков Г.А., Сельков А.С. Прочностные и кинематические испытания космического аппарата «Фобос-Грунт». Проект космической экспедиции. Научное издание в 2 томах. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2011.Golikov G.V., Lednev M.I., Loshakov V.A., Makarov V.P., Markachev N.A., Samkov G.A., Selkov A.S. Pročnostnye i kinematičeskie ispytaniâ kosmičeskogo apparata “Fobos-Grunt”. Proekt kosmičeskoj èkspedicii. (in 2 vol.). Moscow: MAIPRINT Publ., 2011 (in Russ.).Александровская Л.Н., Круглов В.И., Кузнецов А.Г. и др. Теоретические основы испытаний и экспериментальная отработка сложных технических систем. М.: Логос, 2003.Aleksandrovskaya L.N., Kruglov V.I., Kuznetsov A.G. et al. Teoretičeskie osnovy ispytanij i èksperimental’naâ otrabotka složnyh tehničeskih sistem. Moscow: Logos Publ., 2003 (in Russ.).Афанасьев В.А., Барсуков В.С., Гофин М.Я., Захаров Ю.В., Стрельченко А.Н., Шалунов Н.П. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов. М.: Изд-во МАИ, 1994.Afanasev V.A., Barsukov V.S., Gofin M.Ya., Zaharov Yu.V., Strelchenko A.N., Shalunov N.P. Èksperimental’naâ otrabotka kosmičeskih letatel’nyh apparatov. Moscow: MAI Publ., 1994 (in Russ.).Галеев А.Г., Золотов А.А., Перминов А.Н., Родченко В.В. Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем. М.: Изд-во МАИ, 2007.Galeev A.G., Zolotov A.A., Perminov A.N., Rodchenko V.V. Èkspluataciâ ispytatel’nyh kompleksov raketno-kosmičeskih sistem. Moscow: MAI Publ., 2007 (in Russ.).Глудкин О.П., Енгалычев А.Н., Коробов А.И., Трегубов Ю.В. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры и испытательное оборудование. М.: Радио и связь, 1987.Gludkin O.P., Engalychev A.N., Korobov A.I., Tregubov Yu.V. Ispytaniâ radioèlektronnoj, èlektronnovyčislitel’noj apparatury i ispytatel’noe oborudovanie. Moscow: Radio i svâz’ Publ., 1987 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.