Construction of small spacecraft clusters

Abstract

Представлены типы кластерных группировок малых космических аппаратов (МКА) и способы их построения. Рассматриваются два основных класса: с рав-номерным распределением целевой функции между множеством однотипных космических аппаратов в кластере (распределенный космический аппарат) и с пространственным распределением (разнесением) функциональных модулей одного космического аппарата (фрагментированный космический аппарат). В обоих случаях элементы кластера связаны друг с другом по радиоканалу и функционируют согласованно. Показано, что развертывание кластеров МКА простимулирует рынок легких и сверхлегких средств выведения, даст импульс развитию и совершенствованию принципиально новых технологий, в том числе молекулярных и атомных нанотехнологий. Ключевые слова: малый космический аппарат, кластер, распределенный космический аппарат, фрагментированный космический аппарат, целевая функцияНаправлением развития малых космических аппаратов (МКА), помимо дальнейшей микроминиатюризации, является построение из отдельных аппаратов орбитальных структур и, в частности, кластеров. Объединение в кластеры позволяет существенно расширить функ-циональные возможности МКА, повысить их надежность и живучесть.Под кластером следует понимать совокупность однотипных МКА или МКА различного целевого назначения, совместно решающих общую задачу и воспринимаемых потребителем космических услуг как единое целое ("виртуальный" космический аппарат). Орбитальные группировки полноразмерных КА и МКА, решающие общую задачу, как правило, нельзя на-звать кластерами, поскольку в них отсутствует непосредственная связь между КА или эту связь обеспечивает наземный центр управления либо специальный комплекс.Любая система обладает свойством эмерджентности, заключающимся в несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит. В кластерах МКА эмерд-жентность проявляется особенно ярко. В настоящей работе показано, что кластер МКА обла-дает новыми свойствами и качествами, не присущими отдельно взятым МКА, входящим в его состав.Исходя из полученных теоретических и практических результатов в области построения спутниковых систем можно выделить следующие типы кластеров МКА:1) распределенный космический аппарат -система МКА на орбите, в которой целевая функция равномерно распределена между множеством однотипных космических аппаратов;2) фрагментированный космический аппарат -система МКА на орбите, в которой ка-ждый космический аппарат имеет свое узкое функциональное назначение.Идея распределенного КА, предложенная в работах [1-3], предполагает распределение целевой функции между отдельными МКА и ее последующий синтез. Очевидно, что для это-го МКА в кластере должны функционировать в высшей степени согласованно.Кластер типа "распределенный космический аппарат" должен обладать следующими признаками: