Технологии применения распределенных вычислений при построении перспективных сбое- и отказоустойчивых орбитальных группировок малых космических аппаратов
Опубликовано: 23.06.2023
Авторы: Ашарина И.В., Гришин В.Ю., Сиренко В.Г.
Опубликовано в выпуске: #6(138)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-6-2286
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Рассмотрены проблемы, вызванные использованием распределенных вычислительных технологий при построении сбое- и отказоустойчивых систем управления группировками космических аппаратов разного целевого назначения. В связи с разнообразием целевых задач требуются соответствующие инструменты для их решения. Представлен сравнительный анализ существующих технологий распределенных вычислений для работы с системами ответственного применения, к которым относятся и системы управления группировками космических аппаратов, для выявления наиболее приемлемых вариантов. Приведены принципы построения сетецентрических систем для управления такими группировками. Технологии распределенных вычислений рассмотрены не только с точки зрения решения целевых задач группировками космических аппаратов, но и с точки зрения обеспечения их гарантоспособности, а также при организации систем управления этими группировками.
Литература
[1] Потюпкин А.Ю., Данилин Н.С., Селиванов А.С. Кластеры малоразмерных космических аппаратов как новый тип космических объектов. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2017, т. 4, вып. 4, c. 45–56.
[2] Дианов В.Н. Диагностика сбоев в электронной аппаратуре. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2007, № 2, с. 116–147.
[3] Лобанов А.В. Модели замкнутых многомашинных вычислительных систем со сбое- и отказоустойчивостью на основе репликации задач в условиях возникновения враждебных неисправностей. Автоматика и телемеханика, 2009, вып. 2, с. 171–189.
[4] Потюпкин А.Ю., Пантелеймонов И.Н., Тимофеев Ю.А., Волков С.А. Управление многоспутниковыми орбитальными группировками. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2020, т. 7, вып. 3, c. 61–70.
[5] Ашарина И.В., Лобанов А.В. Системное взаимное информационное согласование в сбое- и отказоустойчивых сетецентрических системах. Материалы Всероссийской конференции «XII Всероссийское совещание по проблемам управления» ВСПУ’14, Москва, ИПУ РАН, 16–19 июня 2014 г. Москва, 2014, с. 7387–7392.
[6] Авиженис А. Отказоустойчивость — свойство, обеспечивающее постоянную работоспособность цифровых систем. ТИИЭР, 1978, т. 66, № 10, с. 5–25.
[7] Авиженис А., Лапри Ж.-К. Гарантоспособные вычисления: от идей до реализации. ТИИЭР, 1986, т. 74, № 5, с. 8–21.
[8] Васильев Д.Г., Бетанов В.В. Применение методов имитационного моделирования в задачах изучения движения околоземных космических аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 7. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2016-07-1513
[9] Микрин Е.А., Михайлов М.В. Навигация космических аппаратов по измерениям от глобальных спутниковых навигационных систем. 2-е изд. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018, 345 с.
[10] Ашарина И.В., Лобанов А.В. Выделение комплексов, обеспечивающих достаточные структурные условия системного взаимного информационного согласования в многокомплексных системах. Автоматика и телемеханика, 2014, № 6, с. 115–131.
[11] Ашарина И.В., Лобанов А.В. Выделение структурной среды системного взаимного информационного согласования в многокомплексных системах. Автоматика и телемеханика, 2014, № 8, с. 146–156.
[12] Антонов А.С. Параллельное программирование с использованием технологии OpenMP. Москва, Изд-во МГУ, 2009, 77 с.
[13] Гергель В.П. Современные языки и технологии параллельного программирования. Москва, Изд-во Московского университета, 2012, 408 с.
[14] Копысов С.П., Новиков А.К. Промежуточное программное обеспечение параллельных вычислений. Ижевск, Изд-во «Удмуртский университет», 2012, 140 с.
[15] Боресков А.В. и др. Параллельные вычисления на GPU. Архитектура и программная модель CUDA. Москва, Изд-во Московского университета, 2012, 336 с.
[16] Русин Е.В. Технологии обработки данных дистанционного зондирования Земли на гибридном кластере НКС-30Т+GPU. Труды ХII Международного научного конгресса и выставки "ИНТЕРЭКСПО ГЕО-Сибирь-2016", Т. 1. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология, 18–22 апреля 2016, г. Новосибирск. Новосибирск, 2016, с. 46–49.
[17] Rusin E.V. Technology of high performance image processing on multiprocessor computer. Pattern Recognition and Image Analysis, 2012, vol. 22:3, pp. 470–472.
[18] Абрамов Н.С., Макаров Д.А., Талалаев А.А., Фраленко В.П. Современные методы интеллектуальной обработки данных ДЗЗ. Программные системы: теория и приложения, 2018, т. 9, вып. 4, c. 417–442.
[19] Клюшников В.Ю. Построение кластеров малых космических аппаратов. Изв. вузов. Приборостроение, 2016, т. 59, № 6, с. 423–428.
[20] Коротеев А.С., Ризаханов Р.Н., Собкалов О.Г. Концепция распределенных космических аппаратов на базе нанотехнологических разработок. Материалы VI Науч.-практ. конф. «Микротехнологии в авиации и космонавтике». Москва, 2008.
[21] Клюшников В.Ю. Концепция распределенной системы космических аппаратов сверхмалого класса («роя»). Актуальные проблемы Российской космонавтики: Тр. ХХХVI Академических чтений по космонавтике. Москва, Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2012, с. 276–278.
[22] Клюшников В.Ю. Возможные направления реализации функций распределенного космического аппарата. Космонавтика и ракетостроение, 2014, т. 75, № 2, с. 66–74.
[23] Molette P., Cougnet C., Saint-Aubert P. H., Young R. W., Helas D. Technical and economical comparison between a modular geostationary space platform and a cluster of satellites. Acta Astronautica, 1984, vol. 11, no. 12, pp. 771–784.
[24] Bethscheider G. Pat. No. 6633745 USA. Satellite cluster comprising a plurality of modular satellites. October 14, 2003.
[25] Долгов А.А., Хорохорин М.А., Минин Ю.В., Шихук А.Б. К вопросу оценки живучести сетевых структур с использованием GRID-технологий. Информационная безопасность, 2012, № 2, c. 249–253.
[26] Foster I., Kesselman C., ed. The Grid 2: Blueprint for a new computing infrastructure. Elsevier, 2003.
[27] Афанасьев А.П., Волошинов В.В., Рогов С.В., Сухорослов О.В. Развитие концепции распределенных вычислительных сред. Проблемы вычислений в распределенной среде: организация вычислений в глобальных сетях: Труды ИСА РАН. Москва, РОХОС, 2004, с. 6–105.
[28] Коваленко В.Н., Корягин Д.А. Грид: истоки, принципы и перспективы развития. Информационные технологии и вычислительные системы, 2008, № 4, с. 38–50.
[29] Рябов Ю.Ф., Кирьянов А.К. Технология GRID. Школьные технологии, 2010, № 5, с. 134–145.
[30] Фалеев М.И., Черных Г.С. Угрозы национальной безопасности государства в информационной сфере. Стратегия гражданской защиты: проблемы и исследования, 2014, т. 4, № 1 (6), с. 21–34.
[31] Шамакина А.В. Обзор технологий распределенных вычислений. Вестн. ЮУрГУ. Сер. Выч. матем. информ., 2014, т. 3, вып. 3, с. 51–85.
[32] Сухорослов О.В. Реализация и композиция проблемно-ориентированных сервисов в среде MathCloud. Вестн. ЮУрГУ. Сер. Матем. моделирование и программирование, 2011, вып. 8, с. 101–112.
[33] Макаренко С.И. Использование космического пространства в военных целях: современное состояние и перспективы развития систем информационно-космического обеспечения и средств вооружения. Системы управления, связи и безопасности, 2016, № 4. [Systems of Control, Communication and Security sccs.intelgr.com] URL: http://sccs.intelgr.com/archive/2016-04/09-Makarenko.pdf.
[34] Ефремов А.Ю., Максимов Д.Ю. Сетецентрическая система управления - что вкладывается в это понятие? Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения: труды Третьей Российской конференции УКИ-2012 с международным участием. Москва, ИПУ РАН, 2012, с. 158–161.
[35] Лобанов А.В., Ашарина И.В., Гришин В.Ю., Сиренко В.Г. Макетный образец высокоадаптивной распределенной сетецентрической многокомплексной сбое- и отказоустойчивой управляющей системы — актуальная проблема. Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли, 2018, т. 10, № 1, с. 48–55.
[36] Ашарина И.В., Лобанов А.В. Построение группировок КА на базе сбое- и отказоустойчивых сетецентрических систем управления. XIII Всероссийское совещание по проблемам управления (ВСПУ-2019) 17–20 июня 2019 г. Москва, ИПУ РАН, 2019.
[37] Ашарина И.В., Гришин В.Ю., Лобанов А.В., Сиренко В.Г. Сетецентрическое управление орбитальной группировкой автоматических космических аппаратов. Тезисы докладов IV Всероссийской научно-технической конференции «Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами». Москва, МОКБ «Марс», 31 октября — 2 ноября 2017. Москва, 2017, с. 9–10.
[38] Ашарина И.В., Лобанов А.В. Реконфигурация систем сетецентрического управления группировкой автоматических космических аппаратов. Инновационные, информационные и коммуникационные технологии: сборник трудов XIV Международной научно-практической конференции ИНФО-2017. С.У. Увайсова, ред. Москва, Ассоциация выпускников и сотрудников ВВИА им. проф. Жуковского, 2017, с. 332–334.
[39] Ашарина И.В. Метод построения отказоустойчивого распределенного алгоритма СВИС в сетецентрических информационно-управляющих системах. Материалы Х Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского», Москва, 17–18 апреля 2014 г. Сборник докладов. Москва, Изд. дом Академии им. Н.Е. Жуковского, с. 135–138.
[40] Степанов В.В. Перспектива развития гидрометеорологического обеспечения с помощью многоцелевой космической системы «АРКТИКА». Вестник «НПО имени С.А. Лавочкина», 2016, № 4 (34), с. 55–60.
[41] Гансвинд И.Н. Малые космические аппараты — новое направление космической деятельности. Международный научно-исследовательский журнал, 2018, № 12 (78). Часть 2. с. 84–91 (ISSN 2303-9868 PRINT, ISSN 2227-6017 ONLINE, Екатеринбург).
[42] Ашарина И.В., Лобанов А.В. Построение алгоритмов системного взаимного информационного согласования в системах управления группировками КА ДЗЗ и сокращение их временной избыточности. Специальный выпуск журнала «Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ». Москва, АО «Корпорация «ВНИИЭМ», 2017. с. 45–54.