Том 18, № 3 (2017)

Представлена разработка алгоритма идентификации коэффициентов гидравлического сопротивления в модели гидравлической сети. Решение задачи актуально для предприятий, осуществляющих транспорт жид- ких углеводородов в водопроводных и тепловых сетях, и может быть применено при расчете технологических режимов эксплуатации трубопроводных сетей. Сложность трубопроводных систем, неопределенность и изменчивость их параметров на практике не позволяют описывать их состояние, минуя процесс идентифи- кации. Используемая модель сети представляет собой систему нелинейных уравнений, составленную в соот- ветствии с законами Кирхгофа для трубопроводной сети. Уравнения в системе формируются на основании законов сохранения для узлов и в результате учета действующих напоров и падения напоров для независимых контуров сети. Для решения такой системы традиционно применяют алгоритмы, составленные в соответ- ствии с методом Ньютона или его модификациями, в частности, метод последовательных приближений. Такие алгоритмы обладают рядом недостатков, среди которых - неустойчивость процедуры решения и чув- ствительность к выбору начальных условий. Решение системы сопровождается настройкой коэффициентов с использованием нелинейного метода наименьших квадратов (МНК). В случае больших размерностей проце- дура МНК может быть неустойчивой из-за переопределенности системы. Предложено использовать подход к непараметрическому оцениванию решения системы уравнений. Применяется модель регрессионного типа относительно невязок уравнений системы, полученных в результате подстановки в уравнения измеренных величин переменных. При этом идентификация также производится одновременно с оценкой решения систе- мы уравнений. В качестве алгоритма идентификации параметров используется модификация адаптивной процедуры Кифера-Вольфовица. Применение перечисленных алгоритмических процедур рассматривается на примере трехконтурной трубопроводной сети с одним действующим активным напором. Иллюстрируется процесс адаптивной подстройки коэффициентов гидравлического сопротивления. Делается вывод о примени- мости предложенной процедуры при решении практических задач идентификации.

В настоящее время одним из наиболее применяемых средств обеспечения защиты информации от несанк- ционированного доступа являются блочные симметричные криптографические алгоритмы, как, например, рассматриваемый в данной статье алгоритм Rijndael. Стремительный рост вычислительной мощности ЭВМ и существенное развитие линейного криптоанализа делают актуальной задачу дальнейшего наращивания криптостойкости существующих алгоритмов, а также разработки новых. Важным компонентом, опреде- ляющим устойчивость блочного симметричного криптографического алгоритма к наиболее распространен- ным видам криптоанализа, является качество блока замен - S-блока подстановки. Цель работы - провести вычисления и получить все возможные блоки замен на основе неприводимых полиномов над полем GF(28), а также их композиций. Для этого был разработан ряд программ, с помощью которых были получены блоки замен, обладающие различными криптографическими характеристиками. Был произведен расчет количест- венных оценок данных характеристик путем представления таблиц замен в виде наборов булевых функций. Особое внимание было уделено таким характеристикам, как нелинейность булевых функций, максимум модуля коэффициентов корреляции и количество нулей корреляционной матрицы блоков замен, как наиболее значи- мым характеристикам. Полученные блоки замен могут стать основой для дальнейшего изучения возможных вариантов повышения криптостойкости алгоритма Rijndael.

Рассмотрена калибровка имитаторов навигационных сигналов (ИНС). Приведено описание погрешности измерения внутренней задержки в ИНС, вызываемой рассогласованием волновых сопротивлений ИНС, анали- затора навигационных сигналов и измерительного кабеля, по которому проходит навигационный сигнал при калибровке. Цель работы - получение выражения для расчета погрешности измерения внутренней задержки ИНС при его калибровке и количественная оценка погрешности. Погрешность вызвана появлением отражен- ного сигнала на входе алгоритма оценки задержки сигнала. Отраженный сигнал появляется вследствие рассо- гласования волновых сопротивлений измерительных приборов. Приведена упрощенная математическая модель сигнала на входе алгоритма оценки задержки сигналов, проведен анализ работы корреляционного алгоритма для принятой модели сигнала, получены два выражения для расчета систематической погрешности оценки задержки и моделированием оценена их точность. Первое выражение является универсальным для всех нави- гационных сигналов, второе - более точное и учитывает спектральные характеристики имитируемого сигнала. Дана количественная оценка погрешности, полученная с учетом характеристик современных измерительных приборов - при длине измерительного кабеля около 1 м она может достигать 100-150 пс. Сделано заключение о том, что при современных требованиях к калибровке ИНС влияние рассогласования импедансов должно быть учтено. Приведенная информация может быть использована при оценке погрешности измерения внут- ренней задержки в навигационной аппаратуре потребителя при её калибровке с применением ИНС.

Рассмотрена задача коллокации, т. е. задача совместного удержания космических аппаратов. В рамках данной задачи предполагается, что космические аппараты управляются из разных центров управления поле- тами, а обмен информацией, в частности о векторах кинематических параметров и планах коррекций, отсутствует. Таким образом, предполагается наличие полной информации и возможность управления лишь для одного из космических аппаратов, участвующих в коллокации, в то время как для других доступна лишь выборка векторов кинематических параметров, полученных на предшествующие моменты времени. Данная ситуация соответствует условиям недостатка априорной информации, а значит, и о всей системе, т. е. непараметрической неопределенности, так как неизвестен принцип, согласно которому из всех возможных планов коррекций выбирается план, закладываемый на не управляемые нами космические аппараты. В таких условиях современная теория управления космическими аппаратами не может обеспечить управление, гаран- тирующее отсутствие столкновений и выполнение задачи удержания космического аппарата. Для решения этой задачи предполагается синтез непараметрического регулятора. Первой задачей этого регулятора является оценка предыдущих планов коррекций на основе выборки начальных условий за определенный период времени. Второй задачей является оценка последующего положения космического аппарата на основе выборки коррек- ций, полученной на предыдущем шаге. Наконец, на основе информации о будущих коррекциях регулятор должен синтезировать управление, обеспечивающее минимальное безопасное расстояние между космическими аппаратами, а также решение задачи удержания. Алгоритм для решения данной задачи относится к классу непараметрических, т. е. для реализации алгоритма не требуется знания параметрического вида закона управления объектом. За основу взята оценка посредством ядерного сглаживания, т. е. модификация непара- метрической оценки регрессии типа Надарая-Ватсона. Приведены описание модели движения геостационарного космического аппарата, основные возмущающие воздействия, основные подходы к коллокации, а также основные методы осуществления коллокации на прак- тике. Рассмотрен алгоритм, позволяющий получать управление в условиях непараметрической неопределенности.

Теория предельного состояния имеет дело со статически определимым состоянием твердых тел. В этом случае система замкнута за счет предельных условий, и такие свойства материи, как вязкость, упругость и т. п., на предельное состояние влиять не могут. Другими словами, при достижении предельного состояния характер связи между напряжениями и деформациями не оказывает влияния на предельное состояние. Исследование таких систем последовательно проводил Д. Д. Ивлева и его соавторы. К уравнениям равновесия они присоеди- няли два или уравнения, связывающие компоненты тензора напряжений. Это приводило к замкнутости сис- темы уравнений равновесия. В теории пластичности хорошо изучены уравнения, которые замыкаются одним пределом текучести. К наиболее известным системам, описывающим предельное состояние деформируемых тел, относятся хорошо исследованные уравнения, описывающие кручение пластических тел, двумерные задачи стационарной теории пластичности. Рассмотрены некоторые другие системы уравнений, которые замыкаются только одним уравнениям текучести, что соответствует классической теории пластичности. Предпола- гается, что компоненты вектора скоростей зависят только от двух пространственных координат. При этом для компонент вектора скорости деформаций выполняются тождественно условия совместности деформаций. Построенные системы могут быть использованы для описания кручения параллелепипеда вокруг трех ортогональных осей. Для построенной системы уравнений найдены точечные группы симметрий, законы сохранения. Показано, что система допускает восьмимерную алгебру Ли. На основе группы симметрий построены некоторые классы инвариантных решений ранга 1. Они зависят от произвольных функций одной переменной. Показано, что эти решения можно использовать для описания пластического кручения парал- лелепипеда вокруг трех ортогональных осей. Показано, что система допускает бесконечную серию законов сохранения. Описано построение упругого решения поставленной задачи. Показано, что оно сводится к нахо- ждению трех гармонических функций.

Экспериментальная оценка устойчивости рабочего процесса по отношению к акустическим колебаниям в камерах сгорания и газогенераторах жидкостных ракетных двигателей является одним из основных методов, применяемых в ракетном двигателестроении. Внешние и внутренние возмущающие устройства, использующие взрывчатое вещество гексоген, нередко приводят к повреждению огневых стенок и элементов конструкции агрегатов. К недостаткам традиционных внешних импульсных устройств следует также отнести значи- тельный разброс величин генерируемых ими импульсов давления в камере сгорания при одинаковой величине навески взрывчатого вещества и при постоянстве параметров среды в камере сгорания, что, по-видимому, связано с разбросом характеристик взрывчатых веществ. Предложен альтернативный подход создания импульсного воздействия на рабочий процесс в камере сгорания путем взрыва электрического проводника. Возмущающее устройство выполнено со взрывной камерой, соединённой каналом с реакционным объёмом камеры сгорания. В электроимпульсном возмущающем устройстве вместо навески взрывчатого вещества используется закреплённая на изолированных электродах тонкая проволочка. В качестве вещества, используе- мого для создания импульса давления, в этом генераторе используется заполняющий взрывную камеру газ, масса которого зависит от давления в камере сгорания и в камере электроимпульсного возмущающего уст- ройства. Если мгновенно нагреть этот газ до температуры в несколько тысяч градусов, можно получить газ, близкий по параметрам к продуктам сгорания взрывчатых веществ в традиционных внешних импульсных устройствах. Осуществить такой нагрев можно путём разряда через проволочку заряженного до нескольких тысяч вольт электрического конденсатора. При этом сначала происходит мгновенное (в течение нескольких микросекунд) испарение проволочки, а затем через образовавшийся на месте проволочки плазменный канал происходит окончательная разрядка конденсатора с выделением практически всей накопленной в конденсато- ре энергии. Температура плазмы при этом, по разным источникам, может достигать от нескольких десятков тысяч до миллиона градусов. Осуществляется также нагрев газа при адиабатическом сжатии его ударной волной. Образующиеся после испарения проволочки и конденсации паров частицы металла имеют величину нескольких нанометров и поэтому не повреждают внутреннюю оболочку камеры сгорания. Рассмотрены методические основы и разработан алгоритм оценки запасов устойчивости к акустическим колебаниям по реакции процесса горения на такие импульсные искусственные возмущения. Разработаны электроимпульс- ные возмущающие устройства, которые снижают риск повреждения составных частей агрегатов жидкост- ных ракетных двигателей при натурных и модельных испытаниях и обладают очевидной перспективой для широкого применения.

Особенностью настоящего времени является переход к созданию многофункциональных комплексов назем- ных и бортовых радиотехнических систем на основе новых технических решений, повышающих уровень функ- циональной интеграции аппаратуры, в том числе путем внедрения в них активных фазированных антенных решеток (АФАР). В зависимости от решаемых задач такие антенные системы содержат от сотен до нескольких тысяч активных модулей (АМ). В связи с этим вероятность выхода из строя (отказов) АМ, по сравнению с пассивной фазированной антенной решеткой, повышается. Соответственно, встают вопросы обеспечения работоспособности АФАР в подобных условиях. Ррассмотрено влияние рабочей температуры на характеристики излучения активной фазированной антенной решетки, размещаемой на космическом аппа- рате.

На кафедре замкнутых экологических систем Сибирского государственного университета науки и техно- логий имени академика М. Ф. Решетнева совместно с Институтом биофизики Сибирского отделения Россий- ской академии наук ведутся разработки искусственного высокопроизводительного физико-химического звена редуцентов для биолого-технических систем жизнеобеспечения космического назначения, в частности, для готовящегося эксперимента БИОС-4 с экипажем из 3 человек. Физико-химическая переработка отходов тре- буется из-за неприемлемости для вывода на орбиту очень больших буферных емкостей, а значит, и масс - многих естественных составляющих биологических звеньев переработки отходов. Подсистема физико- химических реакторов для переработки органических отходов в удобрения для выращивания культурных рас- тений на гидропонике периодически совершенствуется. Параллельно разрабатываются различные варианты подобных функциональных звеньев с различными характеристиками. Рассматривается подсистема физико- химических реакторов переработки отходов в биолого-технической системе жизнеобеспечения БИОС-4. Целью статьи является обзор текущего состояния особенностей разработки технологий переработки отхо- дов с использованием подсистемы физико-химических реакторов на основе метода «мокрого сжигания», а также ее автоматизации и компьютерного мониторинга параметров протекания процесса. Рассматри- ваемая установка для переработки органических отходов в удобрения применительно к замкнутым экосисте- мам космического назначения состоит из подсистемы реакторов «мокрого сжигания», разложения мочевины и синтеза H2O2. Авторы разрабатывают единый интерфейс сбора данных о параметрах работы вышеназван- ных реакторов и систему автоматического управления ими. Представлены технические детали протекаю- щих, разрабатываемых и проектируемых процессов переработки отходов. Дано целостное представление о звене физико-химической переработки отходов на экспериментальном стенде БИОС-4 сегодня. К настоя- щему моменту представлены действующие установки либо концептуальные решения для их разработки, включая автоматизацию. Для всех основных звеньев технологической подсистемы переработки отходов при- менительно к биолого-техническим системам жизнеобеспечения космического назначения ведется их опти- мизация и экспериментальная проверка.

Навигационное оборудование в настоящие дни используется при решении множества задач, таких как обеспечение полётов гражданской и специальной авиации, судовождение, при проведении геодезических и кар- тографических работ, в интернет-устройствах и беспилотных транспортных средствах. Уровень техниче- ского развития вычислительных устройств цифровой обработки сигналов, на первый взгляд, снимает необхо- димость глубокой проработки вычислительных алгоритмов, но это только на первый взгляд. Как результат расширения областей использования средств навигации появляется необходимость увеличения рабочих каналов, увеличения динамического диапазона обрабатываемых сигналов, а также улучшение возможностей реконфигурации устройств обработки сигналов. Любой синтезируемый вычислительный алгоритм, который можно описать на языках описания аппаратуры, таких как VHDL и Verilog, состоит из операций суммирова- ния и операции сдвига регистра. Существуют несколько основных архитектур сумматоров, каждая из кото- рых имеет преимущество либо по скорости работы, либо по простоте реализации. При разработке вычисли- тельных архитектур, работающих на частотах 100-200 МГц, необходима конвейеризация вычислений. Несмотря на то, что конвейерная архитектура имеет большие накладные расходы на выравнивание задержек вычислительных блоков, её использование оправданно при обработке и преобразовании сигналов при решении навигационной задачи. Рассмотрены архитектуры аппаратных вычислительных блоков для построения навигационной аппарату- ры потребителя ГЛОНАСС/GPS. Приведены возможные пути повышения эффективности некоторых архи- тектур при реализации их на основе программируемых вентильных матриц (ПЛИС).

Исследованы возможные топологии нагрузочных устройств, имеющих в своём составе непрерывный регу- лирующий элемент и импульсный преобразователь. При разработке и испытаниях систем электропитания космических аппаратов возникает потребность в устройствах, имитирующих различные электрические характеристики полезной нагрузки. Эта задача решается с использованием специализированных нагрузочных устройств, которые позволяют обеспечивать требуемую точность воспроизведения статических и динами- ческих характеристик имитируемой нагрузки. Кроме того, существует возможность посредством нагрузоч- ных устройств производить рекуперацию избыточной электроэнергии в питающую сеть переменного или постоянного тока, что, в свою очередь, позволяет повысить качество испытаний систем электропитания. Разработка устройства, позволяющего одновременно обеспечивать и заданную точность воспроизведения электрических характеристик полезной нагрузки, и рекуперацию избыточной электроэнергии, сопряжена с рядом технических сложностей, которые могут быть решены путём использования нагрузочного устройст- ва, которое имеет в своём составе два управляемых стабилизатора: быстродействующий непрерывный регу- лятор и импульсный преобразователь, ограничивающий рассеиваемую мощность непрерывного регулятора и позволяющий обеспечить рекуперацию в питающую сеть. Рассмотрены различные свойства топологий нагрузочных устройств с двойным регулированием, выделены наиболее перспективные топологии для использования в качестве нагрузочных устройств для испытания систем электропитания космических аппаратов. Разработано математическое описание нагрузочного уст- ройства, используемого в составе испытательного комплекса, проведён анализ адмиттансно-частотных характеристик и качества подавления пульсаций для различных топологий. Рассмотрены аспекты работы нагрузочных устройств, связанные с режимом наведения помех по входному току, определены параметры, определяющие полосу наводимых частот различных топологий при равных условиях, определены условия воз- можности наведения помех заданной величины в четырёх топологиях.

Влияние магнитных полей, вызванных термоэлектрическими токами и остаточной намагниченностью свариваемых деталей, на точность позиционирования электронного пучка по стыку соединения является сложной научно-технической проблемой по достижению высокого качества сварных соединений в аэрокосми- ческой отрасли, судостроении и энергетике. Представлены математические модели распределения магнит- ных полей помех в пространстве между электронно-лучевой пушкой и поверхностью свариваемого изделия, а также внутри изделия, которые позволяют рассчитать количественные характеристики отклонений пучка электронов от стыка соединения. Для компенсации влияния магнитных помех предлагается использовать отклоняющую систему, установленную на определенную высоту над свариваемым изделием. Авторами получена математическая модель распределения магнитной индукции поля отклоняющей системы вдоль ее оси, совпадающей с оптической осью электронно-лучевой пушки. С помощью представленных математических моделей определены координаты установки отклоняющей системы относительно поверхности свариваемых деталей. Расчеты показали, что высота установки отклоняющей системы зависит от толщины свариваемых деталей. Использование отклоняющей системы, установленной на определенной высоте над свариваемым изделием, позволяет устранить влияние на качество сварных соединений магнитных полей, вызванных термо- электрическими токами и остаточной намагниченностью.

Одной из проблем космического машиностроения является снижение массы деталей, узлов и механизмов как собственно космического аппарата, так и средств доставки его на орбиту, т. е. ракеты-носителя. Прогрессивным решением этой проблемы является применение так называемых сетчатых (анизогридных - anisogrid) конструкций. В настоящее время сетчатые конструкции, материалом для которых является угле- пластик, широко применяются в космической технике для изготовления различных пустотелых трубчатых и конических конструкций космических аппаратов. Наиболее распространенным способом изготовления угле- пластиковых сетчатых конструкций является их намотка из углеродных волокон. Однако при всех положи- тельных качествах углепластиковых конструкций, в связи с однонаправленностью их структуры, их эффек- тивное использование возможно только при одноосном нагружении, когда растягивающие и сжимающие напряжения совпадают с направлением волокон. В случае сложного сопротивления или изгиба, когда в мате- риале возникает сложное напряженное состояние, могут произойти разрушения как от действия скалывающих касательных напряжений, так и от нормальных напряжений. Строгая ориентация волокон в одном направле- нии обусловливает анизотропию физико-механических свойств однонаправленных композитов. При нагрузке, приложенной нормально к направлению волокон, происходит разрушение углепластиковой конструкции прак- тически без ее предварительной пластической деформации. Проблема повышения механических свойств угле- пластиковых материалов успешно решается в результате введения в полимерное связующее нанопорошков различных химических соединений. Этот процесс называется наномодифицированием. Причем в этом плане наиболее эффективным оказались углеродные нанопорошки, включая наноалмазы.

Проектное управление отличается от менеджмента, в классическом понимании этого слова, в части гиб- кости в зависимости от масштабности, специфики и новизны реализуемых проектов. Особенно эти отличия становятся заметными относительно управления инновационной деятельностью в рамках системы органов государственной исполнительной власти в территориях опережающего социально-экономического развития (ТОСЭР). Территория опережающего социально-экономического развития - часть территории субъекта Рос- сийской Федерации, включая закрытое административно-территориальное образование (ЗАТО), на которой в соответствии с решением Правительства Российской Федерации установлен особый правовой режим осу- ществления предпринимательской и иной деятельности. Являясь, по сути, комбинацией процессного и функ- ционального подхода к управлению, проектное управление имеет свои, присущие только ему, преимущества, позволяющие более эффективно управлять таким сложным процессом, как инновационная деятельность. С учётом специфики инновационного развития ЗАТО проектное управление инновационной деятельностью в ТОСЭР определяется как вид управленческой деятельности, определяющий согласованную работу органов государственного управления, органов местного самоуправления и представителей бизнеса по созданию льготных режимов ведения инновационной деятельности в территориях опережающего социально- экономического развития, учитывающий интересы их резидентов, государства, региона и муниципального сообщества и обеспечивающий рациональное использование бюджетных ресурсов. Гибкость проектного управления в зависимости от масштабности, специфики и новизны реализуемых проектов позволяет подби- рать оптимальную структуру управления - функциональную, матричную или проектную. Проектное управле- ние инновационной деятельностью в ТОСЭР осуществляет управляющая компания - акционерное общество, которое определено Правительством Российской Федерации в целях осуществления функций по управлению территориями опережающего социально-экономического развития. Задачами дальнейшего совершенствова- ния системы проектного управления инновационной деятельностью в ТОСЭР являются гармонизация норма- тивно-правовой базы, обеспечение стабильного финансирования инновационных проектов и ускоренной подго- товки квалифицированных кадров.

Показана актуальность регионального планирования, доказано, что на современном этапе развития экономики инновационный путь развития региональной экономики является наиболее эффективным. Каждый регион проходит путь инновационного развития по-своему, и у каждого есть свои присущие ему особенности. Красноярский край - это один из регионов инновационного развития, что доказывается различными исследо- вателями, классифицирующими регионы России по разным признакам, и независимыми исследовательскими агентствами. Таким образом, край с инновационной направленностью развития экономики требует особенной социально-экономической политики. Она состоит из двух аспектов - социального и экономического. Социаль- ная политика должна воспроизводить человеческий капитал как основной фактор социально-экономического развития региона. Человеческий капитал, в свою очередь, формируется из трех взаимосвязанных компонентов: воспроизводство человеческих ресурсов (демографическая политика), их формирование и придание им вектора направленности (политика занятости на рынке труда) и непосредственно развитие человеческих ресурсов или превращение человеческого капитала в человеческий потенциал (политика в области образования). По каждо- му из трех указанных направлений даются конкретные рекомендации в рамках инновационного развития эко- номики. Так, для стимулирования демографической политики необходимо введение ряда пособий, дающее возможность матерям совмещать работу (учебу) и свою основную женскую функцию. В рамках политики занятости предлагается усиление профориентационной работы для помощи молодежи при самоопределении на рынке труда. Для повышения эффективности системы образования его необходимо делать более доступным для всех слоев населения наряду с ростом качества последнего. В рамках создания экономического базиса для инновационного развития предлагается развивать различные формы объединений и укрупнений бизнеса. Например, стратегические научные альянсы, инвестиционное государственно-частное партнерство и технологические платформы. Для Красноярского края именно технологические платформы могут высту- пить эффективной формой бизнеса, так как позволят использовать научный потенциал крупных вузов, при- сутствующих в регионе. Место малого бизнеса и самозанятости в региональной экономике инновационного типа определяется как вспомогательная инфраструктура крупных промышленных объединений в регионе.