Том 26, № 4 (2025)

Космическая робототехника стремительно развивается ввиду возрастающего числа искусственных спутников Земли и космического мусора, что требует разработки надежных технологий дистанционного захвата объектов и их технического обслуживания. Главная задача заключается в снижении ударных нагрузок, возникающих при механическом взаимодействии роботов с объектами, что представляет угрозу как самому манипулятору, так и цели. Исследована проблема оптимизации конфигурации космических роботов. Предложено использовать концепцию интегрированной эффективной массы (IEM), чтобы снизить контактные усилия при захвате. Исследование показывает, что IEM - это практический показатель эффективности, который помогает прогнозировать безопасность захвата. Также показано, что оптимизация конфигурации является эффективным способом уменьшения силы удара в свободно летающих космических роботах. Для моделирования взаимодействия робота с объектами при разных конфигурациях манипулятора использовалась контактная модель Ханта - Кроссли с гистерезисным демпфированием. Смоделирован свободно плавающий робот с 7-ступенчатой передачей, а IEM рассчитан с помощью динамического анализа на основе матрицы Якоби. Коэффициент демпфирования настроили таким образом, чтобы сбалансировать отскок и стабильность захвата. Результаты показывают сильную нелинейную корреляцию между IEM и силой контакта. Конфигурации с низким IEM вызывали значительно меньшие усилия: например, при IEM в 0,0413 кг зафиксировано всего 442 Н, в то время как при IEM в 1,7199 кг усилия превышали 4142 Н. Оптимизация параметра демпфирующего коэффициента до значения порядка 0,8 позволила существенно минимизировать проявления эффекта рикошета, сохранив при этом требуемый уровень динамической устойчивости системы. Моделирование подтвердило, что оптимизация конфигурации способна уменьшить силы захвата почти на порядок величины, одновременно избегая сингулярностей. Таким образом, показано, что планирование конфигураций манипуляторов на основе анализа IEM является не только теоретическим инструментом, но и практическим средством для повышения безопасности и надежности операций по обслуживанию на орбите и удалению космического мусора. Эти выводы подтверждают важность оптимизации конфигурации как основы для следующего поколения космических роботизированных операций.

Эксплуатация космических аппаратов с ядерными энергетическими установками, функционирующими в условиях воздействия собственной внешней атмосферы, сопряжена с эффектом переноса радиации из околореакторной зоны в зону около приборного отсека. Данное явление получило название «наведенная радиация». Наведенная радиация оказывает негативное воздействие на оборудование в зоне около приборного отсека. Для защиты от наведенной радиации предложено совместно с традиционными методами защиты использовать специальные устройства, обеспечивающие дополнительную радиационную защиту космических аппаратов с ядерными энергетическими установками. К их числу относятся положительно заряженный разделительный экран; газовые сопла для продувки забортного пространства; электронные нейтрализаторы плазмы с термоэмиссионными катодами. Совместное использование традиционных методов и дополнительных устройств защиты для уменьшения негативного воздействия ядерного реактора значительно продлит срок службы космического аппарата.

В качестве опор валов часто используются шариковые радиальные подшипники. Они предназначены для восприятия радиальной нагрузки, однако оказываются достаточно работоспособными при действии также и осевой нагрузки. Для определения степени влияния осевой нагрузки на работоспособность указанных подшипников рассмотрен характер взаимодействия тел качения с кольцами шариковых радиальных однорядных подшипников, установленных враспор, под действием комбинированной нагрузки. Разработана методика определения предельной радиальной и осевой нагрузки для данных подшипников. Получены выражения, связывающие осевую нагрузку с неиспользованной радиальной. На конкретных примерах показано, что наибольшая реакция опор с шариковыми радиальными однорядными подшипниками при действии на вал комбинированной нагрузки, когда осевая нагрузка является предельной, может превышать в два раза аналогичную реакцию опор при действии на вал только радиальной нагрузки той же величины. Слишком большая погрешность в определении реакций опор вала сильно снижает работоспособность подобранных для него подшипников, ускоряя их выход из строя. Кроме того, при составлении расчетной схемы вала, в качестве опор которого используются шариковые радиальные подшипники, вал всегда представляется как балка на двух шарнирных опорах. Одна из опор - неподвижный шарнир, другая - подвижный шарнир. Установлено, что при действии комбинированной нагрузки обе опоры работают как неподвижные шарниры, поскольку обе воспринимают осевую нагрузку. При этом одна часть вала между опорами оказывается растянутой, а другая - сжатой. Границей между растянутой и сжатой зонами является точка приложения осевой силы.

Рассмотрена минимаксная постановка задачи линейного стационарного управления по неполным данным многомерными стационарными в широком смысле случайными процессами (векторного полезного сигнала), наблюдаемого в аддитивной смеси с помехой типа «белый шум», когда спектральные плотности возмущений в канале измерений и в помехе измерений полностью неизвестны и принадлежат к некоторому множеству Ξ неотрицательно определенных функций. На наблюдаемый векторный процесс налагается лишь условие линейной регулярности. Рассмотрена гарантирующая оценка, под которой понимается наилучшая оценка параметров полезного сигнала в смысле минимума среднеквадратической ошибки при наихудшем поведении ошибок измерений и возмущений со спектральными плотностями, принадлежащими множеству Ξ, по отношению к которой определяется оптимальное управление по неполным данным. Относительно спектральной плотности полезного сигнала известно лишь, что она удовлетворяет заданной системе моментных условий и сосредоточена на заданном измеримом подмножестве оси частот. Показано, что факторизация матричной спектральной плотности позволяет получить решение задачи оптимальной минимаксной линейной фильтрации и необходима для решения задачи линейного оптимального управления по неполным данным. Отыскание оптимального управления по неполным данным у возникающей многомерной антагонистической игры сводится к решению некоторой системы соотношений. При решении использованы методы матричных краевых задач, матричные преобразования Гильберта и свойства матричных частотных характеристик. Приведен иллюстрирующий пример.

Цель исследования - разработка и описание программного обеспечения для организации охраны труда в процессе строительства Амурского газоперерабатывающего завода (АГПЗ). Описанная методика основана на оценке рисков и выборе мероприятий по управлению организацией строительно-монтажных работ. Система управления профессиональными рисками разработана и внедрена в практику в четвертом квартале 2020 г. В 2022 г. на основе сформированной базы идентифицированных опасностей и мер управления была проведена работа по автоматизации процесса идентификации опасностей, формирования карт управления рисками и ознакомления работников с содержанием этих карт. Разработка и внедрение предложенной методики привели к значительному снижению показателей нарушений здоровья работников АГПЗ как в части профессиональных заболеваний, так и в части травматизма. Полученное в результате проведенного исследования программное обеспечение для оценки и управления профессиональными рисками рекомендуется для практического применения в процессе возведения нефтехимических и газохимических производств.

Исследован вопрос оценки нового подхода для процесса проектирования маршрута трубопровода с помощью синтеза алгоритмов искусственного интеллекта и данных дистанционного зондирования Земли. В целях эффективного строительства газопроводов необходим тщательный комплексный анализ множества геологических, экологических, экономических и инфраструктурных факторов. Проектирование маршрута основано на принципе построения траектории наименьшей стоимости. Для этого проведен многофакторный анализ территории по ключевым параметрам, влияющим на финансовые затраты при строительстве. Выделены следующие группы признаков: водные преграды, геоморфологические факторы, существующие транспортные магистрали, особо охраняемые природные зоны и близость к крупным населенным пунктам. Изучен и адаптирован подход многофакторного анализа пригодности, на основе которого формировалась карта стоимости, используемая при поиске пути наименьшей стоимости. Основным результатом работы является полученное программное решение, обеспечивающее оптимизацию весовых коэффициентов при многофакторном анализе территорий для прокладки магистральных газопроводов на основе генетического алгоритма. К преимуществам предложенного подхода относятся автоматизация процесса и учет региональных особенностей территорий. В качестве практического применения разработаны траектории, обеспечивающие решение задачи газификации Красноярского края Российской Федерации.