Narzędzia MathWorks sprawdzają się w kosmosie

Narzędzia MathWorks sprawdzają się w kosmosie

Firma Lockheed Martin Space Systems odpowiedzialana za budowę marsjańskiego pojazdu eksploracyjnego Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), do zautomatyzowania rozwoju i budowy tego urządzenia używa oprogramowania MathWorks dla projektów modelowych. Dzięki temu narzędziu naukowcy chcą dokonać symulacji systemów nawigacji, kierowania i kontroli, wymaganych do prawidłowego działania anteny wysyłającej dane z Marsa na Ziemię, śledzenia ruchu Słońca wraz z sterowaniem panelami słonecznymi i orientowania kamer na marsjańskie obiekty.

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) będzie krążył po orbicie Czerwonej Planety i robił zdjęcia o wysokiej rozdzielczości, a następnie przesyłał je na Ziemię. Te i inne dane będą zbierane i transmitowane przez najnowocześniejsze i najbardziej zaawansowane technologicznie narzędzia, jakie kiedykolwiek wysłano na Marsa.

Projekt MRO opiera się na modelu napisanym w oprogramowaniu MathWorks. Model ten jest kontynuacją programu Mars Global Surveyor, który miał swój początek w latach dziewięćdziesiątych, a który również dotyczył rozwoju technologii kosmicznych. Naukowcy wykorzystali stare moduły programu, odpowiednio je unowocześniając i rozbudowując. Dzięki wykorzystaniu symulacji komputerowej, badacze w znaczący sposób ograniczyli koszty badań i rozwoju.

Kamery zainstalowane na MRO będą w stanie wykryć na powierzchni Marsa obiekty wielkości piłki do kosza. Do prawidłowego działania tak wydajnego systemu przetwarzania obrazów wysokiej jakości, cały system musi być nadzwyczaj dokładny i stabilny. Jest to utrudnione, zważywszy na fakt, iż jednocześnie system musi nadzorować pozycjonowanie paneli słonecznych generujących zasilanie i odpowiadać za optymalne ustawienie trzymetrowej anteny nadawczo – odbiorczej.

Do weryfikacji projektu systemu kontroli, badacze zmuszeni byli wykorzystać bardzo dokładną symulację tego marsjańskiego pojazdu. Trudność polegała na tym, że określenie równań dynamiki MRO jest niezwykle złożone i trudne, ponieważ jest to system wielokadłubowy. Dodatkowo opisanie dynamiki tego układu wymaga odpowiedniej translacji modelu mechanicznego, wygenerowanego w oprogramowaniu typu CAD do wydajnych i precyzyjnych symulacji i oszacowań dynamicznych. Wszystko to musiało się odbywać w zautomatyzowany, niezawodny i powtarzalny sposób.
Oprogramowanie, które spełniło te wymagania to produkty Simulink, SimMechanics i Real-Time Workshop z firmy MathWorks. Umożliwiły one „przejście” z modeli CAD pojazdu do wiernych symulacji czasu rzeczywistego – powiedział Jim Chanel z Lockheed Martin Space Systems

Badacze do opracowania algorytmów użyli programów MATLAB i Simulink, sugerując się identycznymi parametrami, jakie wykorzystuje Mars Reconnaissance Orbiter, a głównie są to dane wejściowe z dużej liczby wewnętrznych czujników.

Przez kilka kolejnych lat, naukowcy używali Simulinka i SimMechanics do stworzenia biblioteki modeli dla układu napędowego pojazdu, czujników, algorytmów kontrolnych i dynamiki systemu. Następnie wykorzystali te biblioteki danych do wygenerowania wiernych modeli kompletnego pojazdu MRO. Możliwa stała się symulacja zachowań urządzenia, przy uwzględnieniu tysięcy parametrów kontrolnych dla różnych faz misji i różnych scenariuszy operacyjnych.

Dodatkowo badacze zautomatyzowali proces generowania modeli mechanicznych z modeli przedstawionych w formatach CAD.

Podczas siedmiomiesięcznej podróży MRO na Marsa, inżynierowie z Lockheed Martin zastosowali opracowane wcześniej algorytmy do sprawdzenia wydajności systemu pojazdu.

Naukowcy planują nadal wykorzystywać narzędzia MathWorks do rozwoju u budowy pojazdu który ma zbadać Jowisza. Początek misji zaplanowano na 2010 rok.

LZ