Работа для суперкомпьютера

Без высококлассного математического обеспечения космические исследования и космические полеты представить просто невозможно. Как неоднократно говорил академик Николай Николаевич Красовский, когда хорошая математика есть, ее никто не замечает, когда ее нет, это сразу становится очевидным.
 

В Институте математики и механики УрО РАН первые прикладные работы в области управления движущимися объектами, в том числе космическими, начались в 60-е годы прошлого века. Партнерами ИММ были НПО автоматики им. акад. Н.А.Семихатова, ОКБ «Новатор» им. Л.В. Люльева (г. Екатеринбург), Государственный ракетный центр им. акад. В.П. Макеева (г. Миасс).
 

С 2003 г. сотрудники отдела прикладных проблем управления во главе с кандидатом физико-математических наук Виктором Борисовичем Костоусовым вместе с коллегами из других отделов института разрабатывают суперкомпьютерные технологии для численного построения и анализа траекторий движения ракет-носителей типа «Союз-2». Разработчиком «Союза-2» является Государственный ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс» (г. Самара), новая цифровая система управления ракетой-носителем создается в НПО автоматики им. академика Н.А.Семихатова (см. обзор доклада Л.Н. Бельского на общем собрании УрО 15 апреля в этом же номере «НУ»). Первый пуск «Союза-2» был успешно произведен в 2004 г. с космодрома «Плесецк», и все последующие пуски также были успешными. Разработана модификация «Союза-2» для запусков с экваториального космодрома «Куру», что находится на северо-востоке Южной Америки во Французской Гвиане. Это совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства. В этом году закончено строительство стартового комплекса для этих ракет-носителей, и в третьем квартале 2011 года планируется первый пуск.
 

Какие задачи решают математики? Они изучают и при необходимости корректируют алгоритмы управления, которые разрабатываются в НПО Автоматики, либо помогают коллегам убедиться в том, что выбранная программа управления оптимальна. Для этого создаются вычислительная методика оценки оптимальности допустимых управлений, разрабатывается способ оценки выигрыша по массе полезной нагрузки (каждый килограмм в космосе — на вес золота) за счет уточнения перед стартом неопределенных факторов — параметров атмосферы, характеристик топлива и др.
 

Одна из задач разработчиков систем управления ракетой-носителем — обеспечение экологической безопасности. Это возможно благодаря полной выработке топлива и высокой точности наведения отделяемых элементов ракеты-носителя, что гарантирует падение обломков на заранее определенные территории.
 

Ученые создают совершенно новый продукт — программное обеспечение для суперкомпьютера, предназначенное для построения траекторий ракет-носителей и исследования условий надежного и безопасного пуска. Для отработки соответствующей вычислительной технологии используется суперкомпьютер ИММ УрО РАН. В ходе одного из полномасштабных вычислительных экспериментов были совершены более ста миллионов виртуальных пусков, в результате которых исследовались предельные энергетические возможности ракеты-носителя по выводу на орбиту полезной нагрузки.
 

Сегодня уральские математики участвуют в новом проекте «ЦСКБ Прогресс» и НПО Автоматики — в создании ракеты-носителя «Русь-М» на основе стандартных блоков, которые разрабатываются в ГРЦ им. акад. В.П. Макеева. Строительство стартового комплекса для новой ракеты-носителя начнется на космодроме «Восточный» в Хабаровском крае летом нынешнего года. Задача математиков на ближайшее время — построение траекторий пилотируемых пусков, обеспечивающих прежде всего безопасную аварийную посадку космонавтов.
 

Другое направление «космических» исследований отдела прикладных проблем управления ИММ — обработка данных дистанционного зондирования земной поверхности, получаемых со спутников. Дешифрирование космических снимков позволяет создавать и обновлять электронные карты местности, вести оперативный экологический мониторинг окружающей среды, прогнозировать и исследовать последствия техногенных катастроф, оценивать сейсмическую опасность территорий.
 

Из космоса много чего видно. Например, при анализе изображений районов нефтяных месторождений Тюменского Севера (Самотлорского, Северо-Варьеганского, Хохряковского и других) можно обнаружить аномальное поднятие уровня почвы на буровых площадках, которое приводит к разрушению скважин куста. Дело в том, что на этих территориях много озер и рек, расположенных на песчаных (светлых) почвах. В этих условиях относительно небольшое поднятие почвы приводит к заметным изменениям изображений гидрографической сети: изменяется световой тон озер и их береговая линия. Из космоса можно также зафиксировать оседание почвы, которое вызывает деформацию и аварии путепроводов.
 

Но объемы получаемой со спутников информации просто огромны, космические снимки глазами не пересмотришь. Это работа для суперкомпьютера, программное обеспечение для которого создают уральские математики.

Е. ПОНИЗОВКИНА