Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-да наноспутниктің ориентациясын басқару жүйесін әзірлеуге бағытталған ғылыми-қолданбалы жоба іске қосылды

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті базасында наноспутниктің 3U форматындағы ұшу платформасы үшін ориентацияны анықтау және басқару жүйесін әзірлеуге бағытталған ғылыми-қолданбалы жоба іске асырыла бастады. Жоба 2025–2027 жылдарға жоспарланған және ғылым мен технологияны дамытудың басым бағыты – «Алдыңғы қатарлы өндіріс, цифрлық және ғарыштық технологиялар» аясында жүзеге асырылады. Қазіргі таңда ғарыштық технологиялардың қарқынды дамуы шағын ғарыш аппараттарын, оның ішінде микроспутниктер мен наноспутниктерді қолдану ауқымының кеңеюімен сипатталады. Шағын ғарыш аппараттары салыстырмалы түрде төмен шығынмен жоғары ғылыми және қолданбалы нәтижелер алуға мүмкіндік беретін тиімді құрал ретінде қарастырылуда. Әлемдік тәжірибе көрсеткендей, Жерді қашықтан зондтау миссияларында шағын ғарыш аппараттарының үлесі 30%-дан асады, бұл наноспутниктер негізіндегі мониторинг технологияларын дамыту қажеттілігін арттыруда.

Ғарыштық аппараттардың тиімді жұмыс істеуінің негізгі шарты – жоғары дәлдіктегі ориентацияны басқару жүйесін қамтамасыз ету болып табылады. Наноспутниктің үш ось бойынша тұрақты және дәл бағдарлануы алынатын спутниктік кескіндердің сапасына тікелей әсер етеді. Осыған байланысты, университетте бұрын әзірленген al-Farabi-1 және al-Farabi-2 наноспутниктері орбитаға сәтті шығарылғанымен, оларда жоғары дәлдікті ориентациялық басқару жүйесі және Жерді қашықтан зондтауға арналған камералар болмағаны байқалды. Ұсынылып отырған жоба осы техникалық шектеулерді жоюға бағытталған.

Жобаның ғылыми жаңалығы наноспутниктің бұрыштық қозғалысын басқарудың біріктірілген жүйесін әзірлеумен байланысты. Жүйе магниттік орындаушы механизмдерді және маховиктерді кешенді түрде қолдануға негізделеді. Мұнда магниттік катушкалар бұрыштық жылдамдықтарды бәсеңдету және бастапқы груб бағдарлауды қамтамасыз ету үшін пайдаланылса, маховиктер жоғары дәлдікті тұрақтандыруды жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

Зерттеу барысында заманауи басқару теориясының әдістері қолданылады, оның ішінде PID-регуляторлар, сызықтық-квадраттық басқару әдістері (LQR), түбірлерді орналастыру әдісі, μ және H∞ робастық контроллерлері, кеңейтілген Калман фильтрі, модельдік болжамды басқару алгоритмдері, сондай-ақ Bdot демпфирлеу, сырғымалы және адаптивті басқару тәсілдері пайдаланылады.

Жоба нәтижесінде наноспутниктің ориентациясын басқару жүйесінің технологиялық дайындық деңгейін TRL-2 деңгейінен TRL-4 деңгейіне дейін арттыру жоспарлануда. Зерттеу аясында 40 метр рұқсатпен жұмыс істейтін камера үшін ориентация дәлдігін 3–5 градус шегінде, ал 6 метр рұқсатпен жұмыс істейтін камера үшін 1 градусқа дейінгі дәлдікті қамтамасыз ететін магниттік және механикалық басқару алгоритмдері әзірленеді. Сонымен қатар екі камераның жұмысын синхрондауға мүмкіндік беретін біріктірілген басқару архитектурасы жобаланады.

Ғылыми зерттеу барысында наноспутниктің бұрыштық қозғалыс динамикасын математикалық модельдеу, сызықтық және бейсызық басқару теориясының аналитикалық әдістері, Рунге-Кутта, Адамс және Милн сияқты сандық әдістер, Гамильтон–Якоби формализмі, Эйлер теңдеулері, кватерниондық сипаттау теориясы және Ляпунов тұрақтылық талдау әдістері қолданылатын болады. Имитациялық модельдеу MATLAB/Simulink, MSC Marc, Dytran және COMSOL Multiphysics бағдарламалық кешендері негізінде жүргізіледі.

Жобаның маңызды бөлігі ретінде Жапонияның Токио университетінің профессоры Шиничи Накасукамен халықаралық ғылыми ынтымақтастық жүзеге асырылады. Оның жетекшілігімен шағын ғарыш аппараттарын жобалау және басқару саласында эксперименттік верификация жұмыстары жүргізіліп, нақты орбиталық деректер негізінде алгоритмдердің тиімділігі тексеріледі.

Жоба нәтижелері Қазақстанның ғарыштық инженерия саласын дамытуға, шағын ғарыш аппараттарын құрудың ғылыми негіздерін қалыптастыруға, ғарыш технологияларын коммерцияландыру әлеуетін арттыруға және халықаралық ғарыштық зерттеу бағдарламаларына қатысу мүмкіндігін кеңейтуге ықпал етеді деп күтілуде. Әзірленетін басқару жүйесі экологиялық мониторинг, табиғи объектілердің ластануын бақылау, су ресурстары динамикасын зерттеу, ауыл шаруашылығын қашықтан зондтау технологиялары арқылы бақылау және табиғи ресурстарды ұтымды пайдалану міндеттерін шешуге қолданылуы мүмкін. Жобаны іске асыру нәтижесінде энергия тиімділігі жоғары және дәлдігі жоғары наноспутникті ориентациялау жүйесі құрылып, алынатын ғарыштық деректер сапасын арттыруға және еліміздің ғарыштық технологиялар саласының ғылыми-техникалық әлеуетін күшейтуге мүмкіндік береді.