Ученые РУДН показали, насколько сильно учет реальной формы спутника влияет на вероятность столкновения двух космических объектов

Ежегодно центры управления космическими полетами регистрируют до 70 потенциально опасных сближений космических аппаратов. Чтобы избежать столкновений, создают специализированные системы, однако они рассчитывают вероятность столкновения с некоторыми допущениями. Например, считается, что объекты имеют сферическую форму, их скорости определены без ошибок и так далее. Эти допущения снижают точность расчетов.

«Допущения упомянутых подходов могут существенным образом влиять на величину вероятности столкновения. Например, допущение, что в пределах интервала сближения космические объекты движутся прямолинейно, не позволяет оценивать сближения, длительность которых занимает продолжительное время. Остальные допущения также вносят существенный вклад в погрешность вычислений. Снять данные ограничения можно, прибегнув к методам статистического моделирования», — кандидат технических наук Максим Каратунов, доцент департамента механики и мехатроники РУДН.

Ученые РУДН рассмотрели модель, в которой учитывается реальная форма и ориентация космических объектов. Вероятность столкновения находили с помощью статического моделирования по методу Монте-Карло. Его суть заключается в использовании генератора случайных величин и многократного расчета модели, и по полученным результатам определяется вероятность процесса, в данном случае — столкновения. Ученые применили модель для расчета вероятности столкновения двух реальных объектов, китайских геостационарных спутников CHINASAT-20 и SHIJIAN-17.

Спутники CHINASAT-20 и SHIJIAN-17 сблизились 16 марта 2018 года на 286,3 метра. Для проверки алгоритма ученые сначала рассчитали вероятность столкновения без учета реальной формы (считая, что оба спутника выглядят как сферы), а затем повторили расчеты с более приближенной к реальности формой. Ученые использовали обобщенную модель спутника — корпус и «крылья» солнечных батарей. Батареи для простоты представили в виде цилиндров, учитывая, что они имеют только одну степень свободы (то есть могут вращаться вокруг оси этого цилиндра). Исследователи также учли ориентацию объекта — главная ось направлена к Земле, а оси цилиндров-батарей перпендикулярны плоскости орбиты. Вероятность столкновения оказалась в пять раз меньше, чем при классическом расчете. 

«Вероятность столкновения космических объектов — основная величина, которая влияет на принятие решения о маневрировании. От точности оценки этой величины зависит безопасность космических полетов. Мы разработали метод расчета вероятности, который позволяет учесть форму и ориентацию сближающихся объектов, а также снять ряд классических допущений. Было продемонстрировано, что игнорирование реальной формы объектов существенно влияет на точность оценки, для тестового примера было получено пятикратное расхождение результатов», — кандидат технических наук Максим Каратунов, доцент департамента механики и мехатроники РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Cosmic Research