Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

МЕТОДИКА ВЫБОРА ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГОТОВНОСТИ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ К ПУСКУ

Вивчарь Р.М. 1 Решетников Д.В. 1 Герасименко С.Ю. 1
1 ФГБВОУ ВО «ВКА имени А.Ф. Можайского» МО РФ
Одним из показателей, влияющих на оперативность наращивания и восполнения орбитальной группировки космических аппаратов, является вероятность подготовки и пуска ракеты космического назначения за заданное время. В настоящее время значение этой вероятности не соответствует требуемому. На вероятность подготовки и пуска ракеты космического назначения оказывают влияние параметры системы обеспечения готовности ракеты космического назначения к пуску. Они же влияют на эксплуатационные затраты на процесс подготовки. В свою очередь требованиями руководящих документов определена необходимость минимизации этих эксплуатационных затрат. В публикации представлено описание методики выбора значений параметров системы обеспечения готовности ракеты космического назначения к пуску, которые позволят обеспечить требуемую вероятность подготовки и пуска ракеты космического назначения за заданное время при минимизации эксплуатационных затрат в условиях различной интенсивности запуска космических аппаратов военного назначения. Представлена структурно-логическая схема методики. Приведено описание ее основных этапов. Поставлены вербальная и формальная постановки задачи выбора оптимальных значений параметров системы обеспечения готовности ракеты космического назначения к пуску и описаны алгоритмы ее решения на основе метода динамического программирования Р. Беллмана.
ракеты космического назначения
система обеспечения готовности
технологическое оборудование
метод динамического программирования
1. Данелян А.П. К вопросу создания системы средств выведения для оперативного наращивания (восполнения) орбитальной группировки космических аппаратов // Оперативное искусство и тактика космических войск ВКС: сборник трудов ВКА имени А.Ф. Можайского. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. С. 34–40.
2. Савиных В.П. Космическая сфера военных действий // Образовательные ресурсы и технологии. 2015 № 3  (11). С. 96–103.
3. Вихров Н.М. Управление и принятие решений в производственно-технологических системах. СПб.: Политехника, 2013. 481 с.
4. Вивчарь Р.М., Пачин А.В., Решетников Д.В., Поляков  С.А. Модель ресурсоемкости процесса подготовки и пуска РКН // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 7. С. 15–19.
5. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965. 460 с.

В период непосредственной угрозы агрессии и в военное время необходимо проведение комплекса мероприятий и действий по наращиванию и восполнению орбитальной группировки космических аппаратов военного назначения в стратегической космической зоне за короткий отрезок времени [1, 2]. Это в свою очередь приводит к резкому увеличению интенсивности запуска космических аппаратов (КА) военного назначения. Показателем, влияющим на оперативность наращивания и восполнения орбитальной группировки КА, является вероятность подготовки и пуска ракеты космического назначения (РКН) за заданное время (Рпп).

Анализ отчетов по пускам ракет-носителей «Союз-2» с 1-го Государственного испытательного космодрома Министерства обороны (МО) РФ показал, что в настоящее время имеется несоответствие вероятности подготовки и пуска РКН за заданное время требуемым значениям.

На эту вероятность оказывают влияние различные параметры системы обеспечения готовности (СОГ) РКН к пуску, такие как: количество запасных частей (ЗЧ) элементов замены (ЭЗ) технологического оборудования (ТлОБ) РКК; времена доставки ЗЧ ЭЗ; уровень обученности личного состава БР, характеризующийся временем устранения отказа tустр; период контроля технического состояния (ТС) ТлОб. Также стоит отметить, что эти параметры существенным образом влияют и на эксплуатационные затраты процесса подготовки РКН [3]. В свою очередь требованиями различных руководящих документов определена необходимость минимизации эксплуатационных затрат на вооружение и военную технику (ВВТ).

Таким образом вышесказанные обстоятельства свидетельствуют о необходимости наличия научно-методического аппарата, позволяющего выбрать оптимальные значения параметров СОГ, которые обеспечат требуемую Рпп при минимизации эксплуатационных затрат.

Целью данной статьи является представление на основе полученных зависимостей Рпп и эксплуатационных затрат от параметров СОГ [4] разработанной методики выбора таких их значений, которые позволят обеспечить требуемую вероятность подготовки и пуска РКН за заданное время при минимизации эксплуатационных затрат в условиях различной интенсивности запуска КА.

Структурно-логическая схема методики

Для того чтобы описать предложенную в статье методику выбора значений параметров СОГ РКН к пуску при различной интенсивности запусков КА, представим ее в виде структурно-логической схемы (рис. 1), на которой отражены основные ее этапы.

Определение оптимальных значений параметров сог ркн к пуску

Постановка задачи

В описанной выше методике наибольший интерес представляет этап 7, на котором происходит выбор оптимальных значений параметров СОГ РКН к пуску. Формально эта задача может быть представлена следующим образом:

vivch01.wmf (1)

где vivch02.wmf – вектор параметров СОГ РКН к пуску; vivch03.wmf – вектор параметров СОГ ТлОб, участвующего в проведении j-й ТехОп; vivch04.wmf – вектор, характеризующий количество ЗЧ k-го ЭЗ m-й СЧ i-го вида ТлОб, участвующего в j-й ТехОп; vivch05.wmf – вектор, характеризующий ожидаемое время доставки ЗЧ k-го ЭЗ m-ой СЧ i-го вида ТлОб, участвующего в j-й ТехОп; vivch06.wmf – вектор, характеризующий ожидаемое время устранения отказа БР i-го вида ТлОб, участвующего в j-ой ТехОп; vivch07.wmf – вектор, характеризующий периодичность контроля ТС i-го вида ТлОб, участвующего в j-й ТехОп; vivch08.wmf – область допустимых значений параметров СОГ, учитывающая ограничения на vivch09.wmf и суммарный объем, отводимый для хранения ЗЧ (VTP).

Для решения представленной оптимизационной задачи был выбран метод динамического программирования [5]. Вместе с тем стоит отметить, решение задачи (1) с требуемой точностью вычислений будет затруднено необходимостью учета ограничения на вероятность подготовки и пуска РКН за заданное время, поэтому для решения этой частной задачи целесообразно, используя метод погружения, поставить более общую задачу (2), которая позволит в процессе однократного ее решения получить множество Парето-оптимальных решений, соответствующих возможным значениям пределов в ограничениях. Формально задача (2) может быть представлена в следующем виде:

Дано:

J, Ij, Mij, Kmij – данные о технологическом оборудовании, участвующем в процессе подготовки РКН; λkmij – интенсивность отказов ЭЗ ТлОб; vivch10.wmf – модель оценивания вероятности завершения процесса подготовки и пуска РКН за заданное время;

vivch11.wmf – модель оценивания вероятности завершения j-й технологической операции за заданное время; vivch12.wmf – модель ресурсоемкости процесса подготовки и пуска ракеты космического назначения [2].

vivchar1.tif

Рис. 1. Структурно-логическая схема методики выбора значений параметров системы обеспечения готовности РКН к пуску

Найти:

vivch13.wmf – множество Парето-оптимальных решений, (2)

где

vivch14.wmf

vivch15.wmf – вектор условно-оптимальных решений, соответствующий паре vivch16.wmf; vkmij – объем, занимаемый ЗЧ k-го элемента замены m-й составной части i-го вида ТлОб, участвующего в j-й ТехОп.

Алгоритм решения задачи определения оптимальных значений параметров СОГ РКН к пуску

Для решения задачи (2) необходимо решить две последовательных задачи: Задача I – найти множество Парето-оптимальных решений для каждой операции ТГ; Задача II – путем «склейки» ТехОп, используя метод динамического программирования, найти множество Парето-оптимальных решений для всего процесса.

Решение Задачи I заключается в выполнении трех сложных в вычислительном плане шагов. Алгоритм первого шага представлен на рис. 2.

В результате выполнения описанного выше алгоритма (рис. 2) для всех значений vivch24.wmf и vivch25.wmf получаем максимальное значение vivch26.wmf и соответствующие ему условно-оптимальные значения количества ЗЧ – vivch27.wmf и времени их доставки – vivch28.wmf.

Далее необходимо перейти к выполнению второго шага, блок-схема алгоритма которого приведена на рис. 3.

vivchar2.tif

Рис. 2. Блок-схема алгоритма выполнения первого шага нахождения множества Парето-оптимальных решений для j-й ТехОп (с учетом количества ЗЧ ЭЗ и времен их доставки, где:

vivch17.wmf; vivch18.wmf;

vivch19.wmf; vivch20.wmf;

vivch21.wmf; vivch22.wmf;

vivch23.wmf

vivchar3.tif

Рис. 3. Блок-схема алгоритма выполнения второго шага нахождения множества Парето-оптимальных решений для j-й ТехОп (с учетом времени устранения отказа), где:

vivch29.wmf; vivch30.wmf; vivch31.wmf; vivch32.wmf

Результатом выполнения второго шага (рис. 3) является нахождение для всех значений vivch33.wmf и vivch34.wmf максимального значения vivch35.wmf и соответствующего ему условно-оптимального значения времени устранения отказа – vivch36.wmf.

Заключительным шагом нахождения множества Парето-оптимальных решений для j-ой ТехОп является 3 шаг. Блок-схема алгоритма его выполнения представлена на рис. 4.

В результате выполнения описанного выше алгоритма (рис. 4) для всех значений vivch40.wmf и vivch41.wmf получаем максимальное значение vivch42.wmf и соответствующее ему условно-оптимальное значение периодичности контроля – vivch43.wmf.

Решение Задачи I J раз позволит получить множество Парето-оптимальных решений для каждой ТехОп технологического графика подготовки РКН к пуску и тем самым перейти к решению Задачи II – путем «склейки» ТехОп, используя метод динамического программирования, найти множество Парето-оптимальных решений для всего процесса.

Метод динамического программирования позволяет свести решение этой задачи с 2(J – 1) неизвестными к последовательному решению (J – 1) задачи с двумя неизвестными. При этом в связи с тем, что при решении каждой такой задачи неизвестно количество располагаемых денежных средств и суммарного объема, выделяемого для хранения ЗЧ, необходимо находить ее решение на первом шаге («склейка» первой и второй ТехОп) для всех возможных значений

vivch44.wmf (3)

где

vivch45.wmf

и для всех возможных значений

vivch46.wmf (4)

а на втором и последующих шагах для всех возможных значений

vivch47.wmf (5)

где

vivch48.wmf

и для всех возможных значений

vivch49.wmf (6)

Для первого шага функциональное уравнение Беллмана имеет вид

vivch50.wmf (7)

где vivch51.wmf, vivch52.wmf

vivchar4.tif

Рис. 4. Блок-схема алгоритма выполнения третьего шага нахождения множества Парето-оптимальных решений для j-ой ТехОп (с учетом периодичности контроля ТС), где:

vivch37.wmf; vivch38.wmf; vivch39.wmf

В результате выполнения этого шага получим для всех значений (3–4) максимальные значения vivch53.wmf и соответствующие им условно-оптимальные значения выделяемых денежных средств на проведение первой и второй ТехОп – vivch54.wmf и суммарных объемов, выделяемых для хранения ЗЧ – vivch55.wmf.

Для последующих шагов (vivch56.wmf) уравнение Беллмана принимает следующий вид

vivch57.wmf (8)

где vivch58.wmf, vivch59.wmf

Результатом каждого шага является нахождение для всех значений (5–6) максимальных значений vivch60.wmf и соответствующих им условно-оптимальных значений выделяемых денежных средств на j-ю ТехОп – vivch61.wmf и суммарных объемов, выделяемых для хранения ЗЧ – vivch62.wmf.

Выполнив все шаги, получаем множество Парето-оптимальных решений для процесса подготовки РКН в целом.

Далее для решения обозначенной выше задачи (1) необходимо на последнем шаге выбрать условно-оптимальное значение vivch63.wmf при условие что соответствующее ему vivch64.wmf, и, выполнив операции обратного хода, найти vivch65.wmf. Затем для каждой пары vivch66.wmf, используя результаты решения задачи нахождения множества Парето-оптимальных решений для j-й ТехОп, также, выполнив операции обратного хода, найдем для нее вектор оптимальных значений параметров vivch67.wmf и в итоге вектор оптимальных значений параметров СОГ РКН к пуску – vivch68.wmf.

Далее на основе полученного vivch69.wmf будет возможна выработка практических рекомендаций и предложений по проведению комплекса мероприятий, направленного на обеспечение требуемой вероятности подготовки и пуска РКН за заданное время.

Заключение

В статье была описана методика выбора значений параметров системы обеспечения готовности РКН к пуску. Приведена структурно-логическая схема методики. Представлен алгоритм решения задачи определения оптимальных значений параметров СОГ РКН к пуску, но основе последовательного применения метода динамического программирования, на первом этапе которого удается получить множество Парето-оптимальных решений для каждой ТехОп технологического графика подготовки, а на втором – используя полученные решения, найти множество Парето-оптимальных решений для всего процесса подготовки РКН в целом.

Представленная методика выбора значений параметров системы обеспечения готовности РКН к пуску отличается от известных учетом различной интенсивности запуска КА военного назначения путем получения соответствующих значений коэффициентов регрессии модели оценивания вероятности завершения ТехОп за заданное время и позволяет выработать практические рекомендации и предложения по проведению комплекса мероприятий на основе полученного вектора оптимальных значений параметров СОГ РКН к пуску.


Библиографическая ссылка

Вивчарь Р.М., Решетников Д.В., Герасименко С.Ю. МЕТОДИКА ВЫБОРА ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГОТОВНОСТИ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ К ПУСКУ // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 10-1. – С. 32-37;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=37693 (дата обращения: 29.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074