Параллельный алгоритм моделирования управляемого движения космической тросовой системы

Abstract

Моделирование управляемого движения космической тросовой системы существенно отличается от решения аналогичной задачи для свободного движения. Процесс развертывания троса увеличивает его длину и сопровождается добавлением новых точек в дискретную модель троса. Одновременно в модель добавляются уравнения, описывающие движение точек троса. При этом расширение модели должно производиться с условием сохранения основных законов механики. Выпуск троса реализуется под контролем системы регулирования, управляющей развертыванием троса на заданную длину. Это приводит к необходимости решения задачи интегрирования системы дифференциальных уравнений с переменным и возрастающим количеством уравнений. В настоящей работе предложена модель параллельного алгоритма моделирования управляемого движения троса, которая с точки зрения ускорения незначительно уступает модели свободного движения. Разработанный параллельный алгоритм позволяет разбить трос на большое количество точек, приближающее данную модель к модели с распределенными параметрами. В результате становится возможным моделирование таких режимов движения троса, вычисление которых затруднительно при применении других методов. Произведена оценка ускорения параллельного алгоритма. Эффективность предложенного алгоритма измерена при проведении вычислительных экспериментов. Controlled motion simulation of space tether systems differs significantly from the free motion case. Deployment of tether increases its length and adds new points into discrete model of tether. A set of dynamic equations is expanded with equations that describe a motion of new points. The necessary condition at each step is consistency of the system. Tether deployment is supervised by control system which limits the tether length. The problem arises of solving a system of differential equations with variable and increasing number of equations. In this paper a parallel algorithm for controlled motion simulation of space tether systems is designed. The parallel algorithm provides an ability to split the tether to such number of points that the model becomes similar to the model with distributed parameters. As a result the simulation of several modes of tether motion, unavailable for other methods, becomes possible. The estimation of speedup provided by the algorithm is implemented. It shows that the speedup is comparable with the more simple case of free motion. Computational experiments have been carried out for algorithm performance evaluation.