novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.27.106-112novtexmech-1925Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTМодель автономного группового управления многоспутниковой системойModel of a Multi-Satellite System Autonomous Group ControlКарсаевО. В.KarsaevO. V.

О. В. Карсаев, канд. тех. наук, ст. науч. сотр.

Санкт-Петербург

Karsaev Oleg V., Ph. D., Senior Researcher

St. Petersburg, 199178

karsaev@ips-logistic.comФедеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук"РоссияSt. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202606022026272106112Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20262026Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1925

Объектом исследований в статье является информационная технология автономного группового управления многоспутниковой системой дистанционного зондирования Земли. Рассматривается орбитальное построение многоспутниковой системы в виде группировки кластеров малых космических аппаратов. В данном случае под кластером понимается близкое расположение космических аппаратов относительно друг друга. В основу рассматриваемой информационной технологии положен агентно-ориентированный подход и информационное взаимодействие программных агентов космических аппаратов на основе использования межспутниковой связи. Информационное взаимодействие агентов рассматривается с учетом динамики установления межспутниковых линий связи во времени. При этом полагается, что связь внутри кластеров возможна в режиме реального времени, а связь между кластерами — только в рамках интервалов времени, в течение которых соблюдаются необходимые условия. Целью протоколов информационного взаимодействия является автономное групповое решение (без участия наземного комплекса управления) следующих задач: 1) распределение и перераспределение заявок внутри каждого кластера и 2) между кластерами; 3) определение и согласование порядка передачи данных наблюдений на Землю во время установления сеансов связи с наземными пунктами; 4) поиск целесообразного распределения данных съемок между кластерами с использованием межспутниковой связи, обеспечивающего сокращение времени доставки данных съемок на Землю. В процессе участия в протоколах информационного взаимодействия агенты выполняют автономное планирование целевого применения своих космических аппаратов. Это планирование включает поиск допустимого плана съемок и формирование плана полета с учетом технических возможностей и ограничений космического аппарата, а также с учетом контроля электробаланса. Демонстрация возможностей и оценивание эффективности информационной технологии выполняется с помощью программной реализации ее имитационной модели. В статье приводится описание примеров выходных данных, которые формируются в ходе имитационного моделирования.

The object of research in the article is the information technology of autonomous group control of a multi-satellite system for remote sensing of the Earth. An orbital grouping of small satellite clusters is considered as case study. Clusters refer to satellites that are located close to each other. The information technology is based on an agent-oriented approach and information interaction of satellite software agents based on the use of inter-satellite communications. The information interaction of agents is considered taking into account the dynamics of the establishment of inter-satellite communication lines over time. It is assumed that communication within clusters is possible in real time, and communication between clusters is only possible within time intervals during which the necessary conditions are met. The purpose of information interaction protocols is the autonomous group solution (without the participation of the ground control complex) of the following tasks: 1) distribution and redistribution of requests within each cluster and 2) between clusters, 3) determination and coordination of the procedure for transmitting observation data to Earth during the establishment of communication sessions with ground points, and 4) search for an appropriate distribution of survey data between clusters using inter-satellite communication, ensuring a reduction in the time of delivery of survey data to Earth. In the process of participating in information interaction protocols, agents perform autonomous planning of the targeted use of their satellite. This planning includes finding an acceptable shooting plan and forming a flight plan taking into account the technical capabilities and limitations of the satellite, as well as taking into account the control of the electrical balance. Demonstration of capabilities and evaluation of the effectiveness of information technology is carried out using software implementation of its simulation model. The article provides a description of examples of output data that are generated during simulation modeling.

автономное групповое управлениемногоспутниковые системыкластеры малых космических аппаратовимитационное моделированиеautonomous group controlmulti-satellite constellationclusters of small satellitesimulation modellingИсследования выполнены за счет Госбюджетной темы FFZF-2025-0020.The research was funded by the state Budget FFZF—2025—0020.ReferencesБалухто А. Н., Блошенко А. В., Коблов С. В., Прохоров С. Ю., Твердохлебова Е. М., Хартов В. В. Автоматический космос. Многоспутниковые системы / Под ред. Е. М. Твердохлебовой. М.: Изд-во МАИ, 2025. 232 с.Baluhto A. N., Bloshenko A. V., Koblov S. V., Prohorov S. U., Tverdohlebova E. M., Hartov V. V. Automatic Space. Multi-Satellite Systems. Ed. by E. M. Tverdohlebova, Moscow, MAI Publ., 2025, 232 p. (in Russian).Макаренко С. И. Системы спутниковой связи общего пользования и специального назначения. СПб.: Наукоемкие технологии, 2025. 222 сMakarenko S. I. Satellite communication systems for general and specific purposes, Saint Petersburg, Naukoemkie Tehnologii Publ., 2025, 222 p. (in Russian).Parjan S., Chien S. Decentralized Observation Allocation for a Large-Scale Constellation // Journal of Aerospace Compu ting, Information and Communication. 2023. Vol. 20, N. 8. P. 1—15. DOI: 10.2514/1.I011215Parjan S., Chien S. Decentralized Observation Allocation for a Large-Scale Constellation, Journal of Aerospace Computing, Information and Communication, 2023, vol. 20, no. 8, pp. 1—15, DOI: 10.2514/1.I011215Gorr B., Jaramillo A. A., Gao H., Selva D., Mehta A., Sun Y., Ravindra V., David C. H., Allen G. Decentralized Satellite Constellation Replanning for Event Observation // Journal of Spacecraft and Rockets. 2025 . Vol. 62, N. 8. P. 1—19. DOI: 10.2514/1.A36143Gorr B., Jaramillo A. A., Gao H., Selva D., Mehta A., Sun Y., Ravindra V., David C. H., Allen G. Decentralized Satellite Constellation Replanning for Event Observation, Journal of Spacecraft and Rockets, 2025, vol. 62, no. 8, pp. 1—19, DOI: 10.2514/1.A36143Галузин В. А. Разработка моделей, методов и средств создания цифровой платформы согласованного планирования целевого применения гетерогенных группировок малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли // Вестник Самарского государственного технологического университета. Серия: Технические науки. 2022. Т. 30, № 1 (73). С. 20—45.Galuzin V. A. Development of models, methods and tools for creating a digital platform for coordinated planning of the targeted use of heterogeneous constellations of small spacecraft for remote sensing of the Earth. Vestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences Series, 2022, vol. 30, no. 1 (73), pp. 20—45 (in Russian).Галузин В. А., Галицкая А. В., Евсеев В. П., Скобелев П. О. Обзор методов оперативного управления планирования разнородных орбитальных группировок космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и связи // Мехатроника, автоматизация, управление. 2025. Т. 26, № 9. С. 488—498. DOI: 10.17587/mau.26.488-498Galuzin V. A., Galitskaya A. V., Evseev V. P., Skobelev P. O. The Review of Methods for Operational Planning of Heterogeneous Orbital Constellations of Earth Remote Sensing and Communication Satellites, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2025, vol. 26, no. 9, pp. 488—498, DOI: 10.17587/ mau.26.488-498 (in Russian).Chen H., Peng S., Du C., Li J. Earth Observation Satellites: Task Planning and Scheduling. Springer, 2023, 196 p.Chen H., Peng S., Du C., Li J. Earth Observation Satellites: Task Planning and Scheduling, Springer, 2023, 196 p.Малышкин И. А., Стрельников С. В. Организация процессов управления многоспутниковыми орбитальными группировками малоразмерных космических аппаратов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2025. Т. 12, № 3. C. 20—30.Malyshkin I. A., Strelnikov S. V. Organization of control processes for multi-satellite orbital constellations of small spacecraft, Rocket-Space Device Engineering and Information Systems, 2025, vol. 12, no. 3, pp. 20—30 (in Russian).Потюпкин А. Ю., Тимофеев Ю. А., Волков С. А. Групповое управление многоспутниковой орбитальной группировкой на основе концепции режимов совместного функционирования // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2021. Т. 8, № 3. C. 11—19. DOI: 10.30894/issn2409-0239.2021.8.3.11.19Potupkin A. U., Timofeev U. A., Shlahtin D. E. Group control of a multi-satellite orbital constellation based on the concept of joint operating modes, Rocket-Space Device Engineering and Information Systems, 2021, vol. 8, no. 3, pp. 11—19 (in Russian).Круглов А. В., Ведюшенко Е. О., Шляхтин Д. Е. Анализ систем управления низкоорбитальными группировками космических аппаратов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2025. Т. 12, № 3. C. 12—19.Kruglov A. V., Vedushkin E. O., Shlyahtin D. E. Analysis of control systems for low-orbit spacecraft constellations, RocketSpace Device Engineering and Information Systems, 2025, vol. 12, no. 3, pp. 12—19 (in Russian).Singh S. R., Li A. P., Ravindra V., Lammers R., Net M. S. Agile, Autonomous Spacecraft Constellations with Disruption Tolerant Networking to Monitor Precipitation and Urban Floods. Preprint. 2025. 8 p. DOI: 10.48550/arXiv.2506.16537Singh S. R., Li A. P., Ravindra V., Lammers R., Net M. S. Agile, Autonomous Spacecraft Constellations with Disruption Tolerant Networking to Monitor Precipitation and Urban Floods, Preprint, 2025, pp. 1—8, DOI: 10.48550/arXiv.2506.16537Асоскова Ю. В., Балухто А. Н., Блошенко А. В., Жамков А. С., Карсаев О. В., Кулаков А. Ю., Соколов Б. В. Децентрализованное автономное управление много спутниковой космической системой дистанционного зондирования Земли // Космонавтика и ракетостроение. 2024. № 3. С. 126—141.Asoskova U. V., Baluhto A. N., Bloshenko A. V., Zhamkov A. S., Karsae O. V., Kulakov A. U., Sokolov В. V. Decentralized autonomous control of a multi-satellite space system for remote sensing of the Earth, Cosmonautics and rocket engineering, 2024, no. 3, pp. 126—141 (in Russian).Карсаев О. В. Комбинированный метод инкрементального планирования выполнения съемок маневренными спутниками // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2024. № 11. C. 53—62. DOI: 10.25791/pribor.11.2024.1540.Karsaev O. V. А combined method for incremental planning of surveys by agile satellites, Instruments and Systems: Monitoring, Control, and Diagnostics, 2024, no. 11, pp. 53—62, DOI: 10.25791/pribor.11.2024.1540 (in Russian).Zhu H., Zhang T., Wang Q., Gu Y. (2021). Improvement of Contact Graph Routing Algorithm in LEO Satellite DTN Network // IoT as a Service. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering. 2020. Vol. 346. DOI: 10.1007/978-3-030-67514-1_39Zhu H., Zhang T., Wang Q., Gu Y. (2021). Improvement of Contact Graph Routing Algorithm in LEO Satellite DTN Network, IoT as a Service. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering, 2020, vol. 346, DOI: 10.1007/978-3-030-67514-1_39Jonckère O., Fraire J., Burleigh S. On the Tractability of Yen’s Algorithm and Contact Graph Modeling in Contact Graph Routing // IEEE International Conference on Wireless for Space and Extreme Environments. 2023. P.80—86.Jonckère O., Fraire J., Burleigh S. On the Tractability of Yen’s Algorithm and Contact Graph Modeling in Contact Graph Routing, IEEE International Conference on Wireless for Space and Extreme Environments, 2023, pp. 80—86.Карсаев О. В. Модификация CGR-алгоритма маршрутизации данных в коммуникационной сети группировки спутников // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21, № 2. С. 75—85. DOI: 10.17587/mau.21.75-85Karsaev O. V. Modifi cation of the CGR-Algorithm on Data Routing in a Communication Network of Satellite Constellation, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2020, vol. 21, no. 2, pp. 75—85, DOI: 10.17587/mau.21.75-85 (in Russian).Wang X., Wu G., Xing L., Pedrycz W. Agile Earth Observation Satellite Scheduling Over 20 Years: Formulations, Methods, and Future Directions // IEEE Systems Juornal. 2021. Vol. 15, N. 3. P. 3881—3892. DOI:10.48550/arXiv.2003.06169Wang X., Wu G., Xing L., Pedrycz W. Agile Earth Observation Satellite Scheduling Over 20 Years: Formulations, Methods, and Future Directions, IEEE Systems Juornal, 2021, vol. 15, no. 3, pp. 3881—3892, DOI: 10.48550/arXiv.2003.06169Ferrari B., Cordeau J., Delorme M., Iori1 M., Orosei R. Satellite Scheduling Problems: А survey of applications in Earth and outer space observation // Computer & Operation Research. 2024. Vol. 173, N. 3. DOI: 10.1016/j.cor.2024.106875Ferrari B., Cordeau J., Delorme M., Iori1 M., Orosei R. Satellite Scheduling Problems: А survey of applications in Earth and outer space observation, Computer & Operation Research, 2024, vol. 173, no. 3, DOI: 10.1016/j.cor.2024.106875

The authors declare that there are no conflicts of interest present.