Обзор традиционных и инновационных систем планирования миссий космических аппаратов
Ключевые слова:
автономное планирование, информационное взаимодействие, групповое поведениеАннотация
В статье выполняется обзор традиционных и инновационных систем планирования миссий космических аппаратов, выполняющих задачи наблюдения целевых объектов на Земле и/или в космическом пространстве. В традиционных системах планирования космические аппараты выполняют планы, рассчитанные на Земле. В таком случае возникает ряд объективных недостатков, которые могут существенно ограничивать эффективность использования космических аппаратов и их ресурсов. В статье приводится описание и анализ таких недостатков. Наличие таких недостатков и новые постановки задач, возникающие в связи с тенденцией использования малых космических аппаратов, являются основными причинами развития инновационных методов и систем планирования. Инновационные методы и системы планирования главным об-разом предполагают развитие двух основных возможностей: автономное адаптивное планирование на борту космических аппаратов и информационное взаимодействие между ними. Развитие второй возможности рассматривается как основа для обеспечения адаптивного группового поведения космических аппаратов. В обзоре рассматриваются примеры инновационных систем планирования, которые либо уже используются в экспериментальных режимах в текущих миссиях, либо находятся на стадии исследований, на уровне компьютерного моделирования. Статья также содержит обзор нескольких перспективных решений в области связи между космическими аппаратами, так как возможность использования таких решений оказывает существенное влияние на постановку задачи планирования миссий космических аппаратов.Литература
1. Davis Т.М. Operationally Responsive Space – The Way Forward // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–7–49.
2. Chien S. et al. A generalized timeline representation, services, and interface for automating space mission operations // Proceedings of the 12th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2012.
3. Herz E. EO and SAR Constellation Imagery Collection Planning // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
4. Iacopino C., Harrison S., Brewer A. Mission Planning Systems for Commercial Small-Sat Earth Observation Constellations // Proceedings of the 9th International Workshop on Planning and Scheduling for Space (IWPSS). 2015. pp. 45–52.
5. Wörle M. et al. The Incremental Planning System – GSOC’s Next Generation Mission Planning Framework // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
6. Gottfert T. et al. Robust Commanding // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
7. Michel J. et al. A Portable Autonomous Ground Station to Support a Constellation of CubeSats // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–6–39.
8. Platzer P., Wake C., Gould L. Smaller Satellites, Smarter Forecasts: GPS-RO Goes Mainstream // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–7–53.
9. Schwab T. Implementing a Small Satellite Information Enterprise Using a Modular Open Architecture Approach Based on International Standards // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–I–2.
10. van der Horst J., Noble J. Task allocation in networks of satellites with Keplerian dynamics // Acta Futura. 2012. vol. 5. pp 143‒151.
11. Maillard A. et al. Ground and board decision-making on data downloads // Proceedings of 25th International Conference on Automated Planning and Scheduling. 2015.
12. Lenzen C. et al. Onboard Planning and Scheduling Autonomy within the Scope of the Fire Bird Mission // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
13. Kennedy A. et al. Automated Resource-Constrained Science Planning for the MiRaTA Mission // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–6–37.
14. Herz E., George D., Esposito T., Center K. Onboard Autonomous Planning System // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
15. Martin-Pimentel P. et al. Laser Com in space, the operational concept // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
16. Israel D., Edwards B., Wilson K., Moores J. An Optical Communications Pathfinder for the Next Generation Tracking and Data Relay Satellite // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
17. European Data Relay System. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/European_Data_Relay_System (дата обращения 01.06.2016).
18. Королев Б. Технология работы космической оптической линии связи для повышения оперативности управления и получения информации потребителем в процессе функционирования космических средств // Космическая техника и технология. 2014. Вып. 1(4). С. 39‒47.
19. Hanson J., Sanchez H., Oyadomari K. The EDSN Intersatellite Communications Architecture // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2014. SSC14-WS1.
2. Chien S. et al. A generalized timeline representation, services, and interface for automating space mission operations // Proceedings of the 12th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2012.
3. Herz E. EO and SAR Constellation Imagery Collection Planning // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
4. Iacopino C., Harrison S., Brewer A. Mission Planning Systems for Commercial Small-Sat Earth Observation Constellations // Proceedings of the 9th International Workshop on Planning and Scheduling for Space (IWPSS). 2015. pp. 45–52.
5. Wörle M. et al. The Incremental Planning System – GSOC’s Next Generation Mission Planning Framework // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
6. Gottfert T. et al. Robust Commanding // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
7. Michel J. et al. A Portable Autonomous Ground Station to Support a Constellation of CubeSats // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–6–39.
8. Platzer P., Wake C., Gould L. Smaller Satellites, Smarter Forecasts: GPS-RO Goes Mainstream // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–7–53.
9. Schwab T. Implementing a Small Satellite Information Enterprise Using a Modular Open Architecture Approach Based on International Standards // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–I–2.
10. van der Horst J., Noble J. Task allocation in networks of satellites with Keplerian dynamics // Acta Futura. 2012. vol. 5. pp 143‒151.
11. Maillard A. et al. Ground and board decision-making on data downloads // Proceedings of 25th International Conference on Automated Planning and Scheduling. 2015.
12. Lenzen C. et al. Onboard Planning and Scheduling Autonomy within the Scope of the Fire Bird Mission // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
13. Kennedy A. et al. Automated Resource-Constrained Science Planning for the MiRaTA Mission // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2015. SSC15–6–37.
14. Herz E., George D., Esposito T., Center K. Onboard Autonomous Planning System // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
15. Martin-Pimentel P. et al. Laser Com in space, the operational concept // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
16. Israel D., Edwards B., Wilson K., Moores J. An Optical Communications Pathfinder for the Next Generation Tracking and Data Relay Satellite // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations, SpaceOps AIAA. 2014.
17. European Data Relay System. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/European_Data_Relay_System (дата обращения 01.06.2016).
18. Королев Б. Технология работы космической оптической линии связи для повышения оперативности управления и получения информации потребителем в процессе функционирования космических средств // Космическая техника и технология. 2014. Вып. 1(4). С. 39‒47.
19. Hanson J., Sanchez H., Oyadomari K. The EDSN Intersatellite Communications Architecture // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2014. SSC14-WS1.
A Review of Conventional and Innovative Satellite Mission Planning Systems
Abstract
The paper is a review of conventional and innovative planning systems of satellite operations in missions of observation of target objects on the ground and in space. In conventional planning systems satellites are considered executors of plans computed by ground control centers. This approach has some disadvantages that may significantly decrease efficiency of satellites operation. The paper includes a description and an analysis of these disadvantages. The existence of these disadvantages and challenges of small satellites mission planning are the reasons of re-search and development of innovative methods and planning systems that mainly assume adaptive autonomous on-board planning and information interaction between satellites. Development of the latter possibility is considered a basis that may provide adaptive group behavior of satellites. The review includes a description of different innovative planning systems that are either already used in experimental modes in actual missions or so far being developed and investigated via simulation. The paper also contains a review of some prospective elaborations in the area of communication between satellites as these opportunities can significantly influence the mission planning problem statement.
Опубликован
2016-10-10
Как цитировать
Карсаев, О. В. (2016). Обзор традиционных и инновационных систем планирования миссий космических аппаратов. Труды СПИИРАН, 5(48), 151-181. https://doi.org/10.15622/sp.48.8
Раздел
Методы управления и обработки информации
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
