Космическая динамика и математическая обработка информации

Всесторонняя информационная поддержка космических проектов — главная задача отдела сегодня. Понятие «информационной поддержки» включает баллистико-навигационное обеспечение и автоматизированную обработку телеметрической информации. Эти два направления были объединены в рамках одного подразделения в 1988 году.

Многие методы обработки информации, разработанные сотрудниками отдела, нашли применение в самых разных областях, от медицины до улучшения качества жизни.

Первый руководитель отдела — полковник Павел Ефимович Эльясберг (1914–1988), главный научный консультант НИИ-4 Министерства обороны, участник Великой Отечественной войны, дважды кавалер ордена Красной Звезды.

С момента образования отдел занимался проектированием траекторий космических аппаратов к планетам Солнечной системы, в частности, к Венере и Марсу. Теоретические разработки и программные комплексы на их основе успешно применялись в проекте ВЕГА. В его ходе два аппарата совершили облет Венеры и отправили на планету спускаемые аппараты, а затем вышли на траекторию перелета к комете Галлея, которая в 1985–86 году сближалась с Солнцем. Траекторию полета, которая позволила выполнить задуманное, спроектировали и рассчитали сотрудники отдела.

В ходе проекта была реализована ещё одна новая идея — дополнительный проект «Лоцман». Его целью было уточнить эфемериды кометы, когда аппараты «Вега» пролетали вблизи её ядра. Данные о положении «Вег» относительно ядра кометы Галлея оперативно передавались в Европейское космическое агентство, которое использовало их, чтобы провести максимально близко к ядру космический аппарат «Джотто», также пролетавший вблизи кометы.

С 2002 года на высокоэллиптической орбите работает международная рентгеновская обсерватория «Интеграл». Роль специалистов отдела 58 заключалась в выборе рабочей орбиты и сценария запуска. Кроме этого, было оптимизировано управление ориентацией аппарата, в результате чего удалось снизить расход рабочего тела в несколько раз. Если при изначальном алгоритме рабочего тела должно было на пределе хватить лишь на пять лет, то благодаря предложенному подходу его должно хватить до 2029 года, когда аппарат уже самостоятельно, в результате постепенной эволюции орбиты, войдёт в атмосферу.

Для навигационной поддержки проекта «ЭкзоМарс» (Роскосмос/ESA) был разработан метод последовательного торможения аппарата в атмосфере Марса в районе перицентра и соответствующие способы управления.

Главное перспективное направление исследований и разработок подразделения — проблема управляемого движения естественных небесных тел. Оригинальный метод отклонения небесного тела от опасной траектории путем направления на него относительно небольшого астероида с помощью гравитационного маневра у Земли. Масса этого астероида-«снаряда» может быть достаточна, чтобы отклонить «мишень» массой в несколько миллионов тонн.

Перспективный проект — солнечный парус с переменными управляемыми отражательными характеристиками из жидкокристаллических пленок, прозрачность которых меняется путем изменения электрического напряжения между поверхностями.

Нацеленный на обработку космической информации о Земле и планетах, отделом развивается программный комплекс «Геодиалог». С его помощью получены интересные результаты по определению «тонких» параметров земной растительности, динамика южной полярной шапки для Марса. Практически значимый выход этих исследований — оценка и управление рисками для здоровья населения от загрязнения воздушной среды.

Разработки отдела находят применение не только в космической отрасли, но и в медицине, охране окружающей среды и даже искусствоведении. В частности:

• разработаны методы обнаружения мультистабильности в системах высокой размерности, и было обнаружено, что явление мультистабильности лежит в основе механизма внезапного возникновения аритмий в сердце;
• методы обработки мультиспектральных изображений используются для реконструкции исторических памятников: стертых фресок, палимпсестов и «угасших» изображений. Метод использовался при исследовании росписей собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря (2016 г.) и помог выявить тексты в росписях алтарной части монастыря, считавшиеся утраченными, а также при визуализации памятников славянской книжности. Один из первых громких результатов — удалось визуализировать единственный достоверный прижизненный портрет Ивана Грозного на верхней крышке экземпляра первопечатного Апостола (1564 г.).