Инженеры НАСА только что продемонстрировали, что, когда они недавно использовали самолет НАСА F / A-18 для моделирования ракеты на ранней стадии полета для тестирования адаптивного программного обеспечения для новой ракеты НАСА, Space Launch System (SLS), самая большая и мощная ракета-носитель для миссии в дальний космос.Испытания помогают инженерам, работающим над разработкой SLS в Центре космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, гарантировать, что ракета может адаптироваться к окружающей среде, с которой она сталкивается, продвигаясь в космос.Инженеры изучили первопричины исторических отказов ракет-носителей и обнаружили, что, хотя системы наведения, навигации и управления редко были причиной инцидентов, они обнаружили, что достижения в этой технологии могут привести к расширению возможностей удержания ракеты на правильном пути в условиях аномалии, которые могут возникнуть в полете.
«Когда НАСА разрабатывает новую технологию для ракет-носителей, таких как Adaptive Augmenting Control, мы хотим протестировать ее, чтобы усовершенствовать технологию и укрепить в ней доверие», — сказал Таннен ВанЗвитен, руководитель отдела управления полетом SLS NASA Marshall. «Но вместо летных испытаний ракеты-носителя нам нужно найти творческие пути ее совершенствования посредством испытаний в соответствующей среде.«С нашим полетным программным обеспечением программа SLS в Маршалле в партнерстве с Центром инженерии и безопасности НАСА, Центром летных исследований Армстронга в Эдвардсе, Калифорния, и Программой разработки игровых изменений Управления космических технологий, чтобы протестировать наш алгоритм на НАСА F / A- 18 самолетов ", — добавил ВанЦвитен.
Ранняя версия адаптивной системы управления использовалась на последнем ракетоплане Х-15, построенном в 1960-х годах. Когда X-15 достигал разреженной атмосферы на краю космоса, адаптивная система управления автоматически реагировала на меняющиеся условия, увеличивая реакцию поверхностей управления на команды.«Адаптивная система управления — это система управления любого типа, которая изменяет свои параметры в полете, чтобы приспособиться к информации, которую она узнает о транспортном средстве, которая отличается от того, что было предсказано перед полетом», — объяснил Джеб Орр из лаборатории Чарльза Старка Дрейпера.
«Обычные системы управления проектируются или« настраиваются »с использованием наземных моделей», — добавил он. «Естественно, поведение транспортного средства в полете никогда не бывает таким же, как в модели, поэтому система управления должна быть надежной, то есть способной выдерживать полет на транспортном средстве, которое немного отличается от того, что ожидают разработчики».Большие ракеты, такие как SLS, имеют сложные компьютеры и программное обеспечение, которые вращают ракетные двигатели, чтобы направить корабль по траектории полета. Новый программный алгоритм НАСА будет вносить корректировки в реальном времени по мере продвижения транспортного средства в космос, помогая повысить производительность и повысить безопасность экипажа в особенно напряженных частях полета.
В ноябре и декабре 2013 года группа инженеров, техников и пилотов выполнила две серии испытательных полетов для оценки программного обеспечения адаптивного контроллера дополнений, запланированного для ракеты на модифицированном NASA F / A-18 в НАСА Армстронг.«Многоцентровая команда НАСА работала без сбоев, что привело к значительному прогрессу в технологии управления полетом ракет-носителей и существенно ускорило применение адаптивного управления к пилотируемым системам», — сказал Орр.Одной из первых проектных задач для инженеров НАСА Армстронг была разработка траектории полета, по которой мог бы летать самолет, которая имитировала бы запуск SLS. В другие обязанности входило внедрение программного обеспечения на F / A-18 и планирование миссии.
Часть этого плана миссии требовала от пилота задействовать адаптивный контроллер для смягчения смоделированных эффектов экстремальных сценариев, таких как нестабильность изгиба во время смоделированной траектории ракеты.«Инженеры Marshall разрабатывали простой закон адаптивного управления и хотели испытать его в полете», — сказал Крис Миллер, главный инженер проекта адаптивного управления ракетой-носителем (LVAC) в НАСА Армстронг. «Они рассмотрели свои варианты и доступные платформы, включая зондирующие ракеты и F / A-18. Наши инженеры работали с ними, чтобы определить, какие аспекты их закона управления мы могли бы существенно протестировать на F / A-18.«Они очень рано осознали важность летных исследований для получения необходимого опыта, уверенности и принятия любой новой технологии», — добавил Миллер. «Проведение такого рода исследований в полете является частью нашей ДНК в НАСА Армстронг, и мы были рады поделиться своими возможностями и навыками, чтобы помочь команде Маршалла испытать свои технологии на нашем самолете F / A-18».
В одном из новаторских испытаний F / A-18 пролетел последовательность контрольных точек, которые максимизировали возбуждение изгиба реального самолета на основе данных, собранных в ходе предыдущих полетов и предыдущих структурных испытаний. Отклик на изгиб был изолирован, а ключевые особенности были воспроизведены при моделировании, что позволило соответствующим образом изменить управляющие переменные, чтобы вызвать реальную структурную нестабильность, которую адаптивному контроллеру пришлось бы смягчить.Последующие испытания использовали эти данные, чтобы намеренно ввести самолет в структурный резонанс, который заставляет самолет вибрировать во время полета. Адаптивная система управления увеличением затем отреагировала на эти вибрации, подавив их, когда они были большими, что соответствовало одной из основных целей адаптивного контроллера.
Эксперимент с адаптивным контроллером был протестирован на шести исследовательских полетах. Во время этих полетов было успешно выполнено почти 100 траекторий SLS и более десятка испытаний на прямолинейное горизонтальное усиление конструкции планера, многие из которых заключались в сборе дополнительных данных, касающихся взаимодействия пилота, смоделированной динамики транспортного средства SLS и адаптивного увеличения алгоритм управления.
«Цель полетов F / A-18 состояла в том, чтобы повысить технологическую готовность конструкции адаптивного управления SLS за счет использования ее в соответствующей среде, одновременно представляя широкий спектр необычных сценариев запуска», — сказал Кертис Хэнсон, главный исследователь NASA Armstrong. проэкт.«Эти испытания помогли подтвердить философию проекта команды Маршалла, согласно которой контроллер адаптируется только при необходимости, и что он работает для поддержания приемлемого отслеживания траектории и характеристик структурного резонанса в более широком рабочем диапазоне, чем при использовании только традиционной конструкции», — добавил Хансон. «Испытания также помогли выявить любые неблагоприятные взаимодействия между пилотом и адаптивным контроллером в предлагаемом ручном режиме рулевого управления для SLS».
Совместные усилия различных организаций НАСА — один из способов, с помощью которых Управление космических миссий стремится быстро разрабатывать и демонстрировать высокоэффективные технологии, которые потенциально компенсируют риск миссии, сокращают затраты и продвигают вспомогательные технологии для НАСА.«Программа развития новых игр Space Technology рада работать с центрами НАСА над разработкой инновационных технологий, таких как работа над LVAC, — сказал Стивен Гэддис, менеджер программы разработки Game Changing Development. «Мы ожидаем, что результаты помогут в алгоритмах управления для системы космических запусков НАСА».Для получения дополнительной информации о недавних испытаниях разработки SLS в Центре летных исследований Армстронга: http://youtu.be/lepOuxI6GJc