Bir güneş yelkenini nasıl sabit tutarsınız?

Güneş yelkeni basit bir konsept gibi görünüyor – tipik bir yelkenli gemide olduğu gibi rüzgar tarafından itilmek yerine, bir uzay aracı, sadece güneş ışığı tarafından itildiği söylenen oldukça yansıtıcı kullanabilir. Ancak neredeyse tüm mühendislik zorluklarında olduğu gibi, bu tekniğin söylenmesi yapmaktan çok daha kolaydır. Güneş ışığı bir yelkenin bir tarafını diğerinden daha fazla yukarı çekebilir ve bu da geminin beklenmedik bir şekilde dönmesine neden olabilir. Bu tahrik teknolojisini kullanan herhangi bir görev için feci sonuçlara yol açabilecek diğer öngörülemeyen durumlar da ortaya çıkabilir.

Neyse ki, çok fazla matematik içermesine rağmen, bu durumları açıklamanın bir yolu var. Kontrol teorisi, sistem tasarımında yaygındır ve şimdi Beihang Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, güneş yelkenleri riskini en aza indirmeye yardımcı olabileceğini düşündükleri bir kontrol şeması tasarladılar.

Kontrol sistemleri konseptte nispeten kolay anlaşılır. Bir sistemin bir dizi girişi vardır; bir güneş yelkeni durumunda, bu girdiler, güneşten onu iten güneş kuvveti ve belki de yakındaki herhangi bir nesnenin yerçekimi olabilir. Bu sistem aynı zamanda sistem tasarımcısının kontrol etmek istediği, o nesneye olan mesafe (yörüngedeyse) veya güneş yelkeninin baktığı açı gibi çıktılara da sahip olacaktır.

Tipik olarak “kontrol sistemi”, girdileri sisteme alan ve daha sonra çıktıların istenen bir değere ulaşması için diğer dahili değişkenlerin nasıl manipüle edileceğini belirleyen matematiksel denklemler kümesidir. Örneğin, güneş ışınımının güneş yelkenini 1000 N’luk bir kuvvetle ittiğini biliyorsak, sondanın sahip olduğu yörüngeyi korumak için ne gibi ayarlamalar yapmamız gerektiğini hesaplayabiliriz.

Her tür sistemde kullanışlı olsa da, bu tür kontroller özellikle uzay gemilerinde kullanışlıdır. Tüm uzay gemilerinde bir dereceye kadar var ve kesinlikle birisinin bir güneş yelkeni tahrik sistemine bir kontrol sistemi uygulamayı düşündüğü ilk kez değil. Bununla birlikte, şimdiye kadar geliştirilenlerin birkaç dezavantajı vardır.

Bu dezavantajları anlamak için, önce yakın zamanda yayınlanan yeni makalede kullanılan belirli türdeki kontrol metodolojisini anlamak daha iyidir. Uzay: Bilim ve Teknoloji. “Bulanık mantık” olarak bilinen bu sistemler, bilgisayarların (ve bazı kontrol sistemlerinin) kullandığı standart Boole mantığının zıttıdır. Boole matematiğinin 1’ler ve 0’lar yerine, bulanık mantık 0 ile 1 arasında herhangi bir sayıyı hem girdi hem de çıktı olarak kullanabilir.

Daha çeşitli sayıların kullanılması karmaşıklığı önemli ölçüde artırır, bu nedenle tipik olarak bulanık mantık kullanan denetleyicilere gitmesi gereken önemli miktarda eğitim vardır. Bu eğitimin, yaygın bir AI mimarisi türü olan sinir ağlarıyla ilişkili eğitime benzer olduğu düşünülebilir. Ancak, çoğu henüz uçuşa geçmediği için güneş yelken sistemleri hakkında çok fazla veri bulunmamaktadır. Dolayısıyla gerekli eğitim eşiğini düşürebilecek herhangi bir sistem önemli bir ilerleme olacaktır.

Bir sistem operatörü, bulanık mantık denetleyicisine eğitim veri setleri sağlamak yerine, sistemi tamamen modellemeye ve bilinen parametreleri kullanarak onu manipüle etmeye çalışabilir. Bu, güneş yelkeninin “dijital ikizine” sahip olmakla eşdeğer olacak ve operatörlerin anında yeni kontrol şemaları geliştirmelerine olanak tanıyacak. Ancak, Dr. Lin Chen ve ortak yazarlarına göre, bu tür aktif modelleme, uzay aracı tutum kontrolü için yardımcı olmuyor. Bu yüzden bir alternatif buldular.

Çözümleri, esas olarak sinir ağı modellemesini kullanarak kendi bulanık mantık denetleyicisini tasarlayan Akıllı Bulanık Mantık Denetleyici Tasarımcısı olarak bilinir. Sistem, içine girilen parametrelere dayalı olarak otomatik olarak bir bulanık mantık denetleyicisi oluşturacaktır. Bu mantık denetleyicisi, operatörlerin güneş yelken sistemlerinin tutumunu kontrol etmelerine izin verecekti.

Bu yeni denetleyiciyi test etmek için yazarlar, dört farklı bileşen, bir uzay aracı “çekirdeği”, denetleyici için bir kutu, bir çerçeve ve güneş yelkeninin kendisine sahip bir örnek güneş yelkeninin bir hesaplama modelini geliştirdiler. Akıllı kontrolör tasarımlarını bu model üzerinde test ettikten sonra, kontrol sistemlerinde olağanüstü derecede önemli olan kontrolörün doğruluğunda, biraz yavaş tepki süresi pahasına önemli gelişmeler buldular. bir güneş yelkeninin zaman ölçekleri. Belirli bir soruna zarif bir çözüm gibi geliyor ve umarım geleceğin güneş yelken tasarımcıları fikirleri kağıttan kalbe taşıyacaktır.