Применение оптического метода относительной навигации на малых космических аппаратах

А.А. Аристов

doi:10.18127/j20700814-202605-03

Применение оптического метода относительной навигации на малых космических аппаратах

научная статья УДК 681.786 Страницы: 13-19 doi.org/10.18127/j20700814-202605-03

¹ Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)

Ключевые слова: Система относительной навигации малый космический аппарат телескоп низкая околоземная орбита созвездие спутников телескоп Кассегрена

Аннотация

Постановка проблемы. В настоящее время активно используются низкоорбитальные спутниковые группировки. Для управления такой группой необходимо решить задачу относительной навигации с требуемой для выполнения миссии точностью.

Цель. Рассмотреть возможность применения оптической системы относительной навигации на малых космических аппаратах на низкой околоземной орбите. Такая система позволяет определить положение наблюдаемого спутника относительно камеры с высокой точностью, что важно для реализации научных миссий и управления аппаратами на малой дистанции.

Результаты. Сформированы начальные условия задачи. Отмечено, что аппараты движутся по одной низкой околоземной орбите с низким эксцентриситетом, на высоте до 600 км. При этом поддерживается формация (постоянное расстояние между спутниками, близкая к нулю скорость линейного относительного движения). Установлено, что при выполнении активных маневров (изменение орбиты или дистанции между аппаратами) оптическая система является вспомогательной либо вовсе не применяется. Рассмотрены влияющие негативные факторы и возможные методы компенсации этого влияния. Предложено использование телескопа Кассегрена в качестве объектива камеры. Показано, что такое решение позволяет проводить измерения на малых дистанциях между аппаратами (около 5 км). Подтверждено, что современные инженерные решения и технологическая база позволяют реализовать систему компактно и разместить в составе оборудования микроспутника. Сформированы требования по точности ориентации камеры для проведения измерений. Представлена схема комплексирования рассматриваемой системы с бортовым оборудованием аппарата для повышения точности и надежности работы системы. Рассмотрены возможности использования системы для решения дополнительных задач, таких как дистанционное зондирование Земли, обеспечение резервного канала связи, проведение наблюдений за звездами или поиск объектов на смежных орбитах.

Практическая значимость. Применение оптического метода относительной навигации позволяет обеспечить высокоточное управление малыми космическими аппаратами в составе группы.

Поступила: 07.07.2026
Одобрена: 20.07.2026
Принята: 01.09.2026

Для цитирования

Аристов А.А. Применение оптического метода относительной навигации на малых космических аппаратах // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2026. Т. 24. № 5. С. 13−19. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202605-03

Список источников

Ткаченко И.С. Анализ ключевых технологий создания многоспутниковых орбитальных группировок малых космических аппаратов // Онтология проектирования. 2021. Т. 11. № 4 (42). С. 478–499. DOI: 10.18287/2223-9537-2021-11-4-478-499.
Liang J., Chaudhry A.U., Yanikomeroglu H. Phasing Parameter Analysis for Satellite Collision Avoidance in Starlink and Kuiper Constellations // 2021 IEEE 4th 5G World Forum (5GWF). IEEE. 2021. P. 123–128. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9604973 (дата обращения: 23.03.2026).
Jain R., Speretta S., Dirkx D., Gill E. Inter-satellite tracking methods and applications: A comprehensive survey // Advances in Space Research. 2024. V. 74. Iss. 8. P. 3877–3901. DOI: 10.1016/j.asr.2024.08.022.
ГОСТ Р 56519-2015 Аппараты космические автоматические. Тепловакуумная обработка. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2015. С. 6.
Li Y., Liu S., Chen L., Kang Z., Zhao M. Thermal control system design and thermal test of high-resolution space camera // Case Studies in Thermal Engineering. 2025. V. 75. № 107135. P. 1–12. URL: https://doi.org/10.1016/j.csite.2025.107135 (дата обращения: 23.03.2026).
Аристов А.А., Епринцев М.А. Применение алгоритма «Efficient-Perspective-n-Points» при использовании оптического метода определения пространственной ориентации микроспутников в группе // Навигация и управление движением: Материалы XXIV конференции молодых ученых с международным участием. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ РТК, 2022. С. 195–198.
Dove 1 // Gunter's Space Page. – URL: https://space.skyrocket.de/doc_sdat/dove-1.htm (дата обращения: 15.04.2026).
GEI-SAT Spacecraft // Nanosats Database. URL: https://www.nanosats.eu/sat/gei-sat (Дата обращения: 15.04.2026).
Аристов А.А., Небылов А.В., Перлюк В.В. Исследование оптического метода определения взаимного расположения микроспутников в группе // Космонавтика и ракетостроение. 2023. № 4. С. 31–42.
Ивлев О.А., Милюков В.К., Гречухин И.А., Павлов Д.А., Азаров В.В., Котлов Ю.А., Ивлев И.О., Сысоев В.К. Лазерный уголковый отражатель для российских лунных посадочных станций // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2023. Т. 21. № 3. С. 90–102. DOI: 10.18127/j20700814-202303-12.
Василюк Н.Н. Модель погрешностей звездного датчика ориентации, учитывающая погрешности калибровки элементов внутреннего ориентирования цифровой камеры // Гироскопия и навигация. 2024. Т. 32. № 1. С. 53–71.
Guan J., Cheng H. Y., Wu Y. P., Li X., Wang Z., Zhang L., Chen M., Liu S. Multi-target tracking for star sensor based on CenterTrack deep learning model // Scientific Reports. 2025. V. 15. 37125. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-025-21077-4 (дата обращения: 25.03.2026).

[1] Ткаченко И.С. Анализ ключевых технологий создания многоспутниковых орбитальных группировок малых космических аппаратов // Онтология проектирования. 2021. Т. 11. № 4 (42). С. 478–499. DOI: 10.18287/2223-9537-2021-11-4-478-499.

[2] Liang J., Chaudhry A.U., Yanikomeroglu H. Phasing Parameter Analysis for Satellite Collision Avoidance in Starlink and Kuiper Constellations // 2021 IEEE 4th 5G World Forum (5GWF). IEEE. 2021. P. 123–128. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9604973 (дата обращения: 23.03.2026).

[3] Jain R., Speretta S., Dirkx D., Gill E. Inter-satellite tracking methods and applications: A comprehensive survey // Advances in Space Research. 2024. V. 74. Iss. 8. P. 3877–3901. DOI: 10.1016/j.asr.2024.08.022.

[4] ГОСТ Р 56519-2015 Аппараты космические автоматические. Тепловакуумная обработка. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2015. С. 6.

[5] Li Y., Liu S., Chen L., Kang Z., Zhao M. Thermal control system design and thermal test of high-resolution space camera // Case Studies in Thermal Engineering. 2025. V. 75. № 107135. P. 1–12. URL: https://doi.org/10.1016/j.csite.2025.107135 (дата обращения: 23.03.2026).

[6] Аристов А.А., Епринцев М.А. Применение алгоритма «Efficient-Perspective-n-Points» при использовании оптического метода определения пространственной ориентации микроспутников в группе // Навигация и управление движением: Материалы XXIV конференции молодых ученых с международным участием. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ РТК, 2022. С. 195–198.

[7] Dove 1 // Gunter's Space Page. – URL: https://space.skyrocket.de/doc_sdat/dove-1.htm (дата обращения: 15.04.2026).

[8] GEI-SAT Spacecraft // Nanosats Database. URL: https://www.nanosats.eu/sat/gei-sat (Дата обращения: 15.04.2026).

[9] Аристов А.А., Небылов А.В., Перлюк В.В. Исследование оптического метода определения взаимного расположения микроспутников в группе // Космонавтика и ракетостроение. 2023. № 4. С. 31–42.

[10] Ивлев О.А., Милюков В.К., Гречухин И.А., Павлов Д.А., Азаров В.В., Котлов Ю.А., Ивлев И.О., Сысоев В.К. Лазерный уголковый отражатель для российских лунных посадочных станций // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2023. Т. 21. № 3. С. 90–102. DOI: 10.18127/j20700814-202303-12.

[11] Василюк Н.Н. Модель погрешностей звездного датчика ориентации, учитывающая погрешности калибровки элементов внутреннего ориентирования цифровой камеры // Гироскопия и навигация. 2024. Т. 32. № 1. С. 53–71.

[12] Guan J., Cheng H. Y., Wu Y. P., Li X., Wang Z., Zhang L., Chen M., Liu S. Multi-target tracking for star sensor based on CenterTrack deep learning model // Scientific Reports. 2025. V. 15. 37125. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-025-21077-4 (дата обращения: 25.03.2026).

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи