Метод ИИ с высокой точностью прогнозирует мощность двигателя Холла для космического корабля
Разработанная исследовательской группой методика на основе искусственного интеллекта для прогнозирования источника ионов на основе эффекта Холла позволяет с высокой точностью прогнозировать характеристики тяги в соответствии с проектными переменными, что делает ее весьма полезной при разработке высокоэффективных двигателей Холла. Автор: Adapted from Advanced Intelligent Systems (2024). DOI: 10.1002/aisy.202400555
Двигатель Холла — это высокоэффективное плазменное двигательное устройство, которое применяется в различных сложных космических миссиях, таких как спутниковая группировка SpaceX, Starlink и астероидный зонд NASA Psyche, и является одной из основных космических технологий.
Исследователи KAIST проверят работу двигателя Холла для спутников CubeSat, разработанных с использованием методов искусственного интеллекта, загрузив его на спутник CubeSat K-HERO во время четвертого запуска спутника Nuri, запланированного на ноябрь этого года.
Intelligent Systems Co., Ltd. (яп. 株式会社インテリジェントシステムズ Кабусикигайся Интэридзэнто Сисутэмудзу) — японская компания, занимающаяся разработкой видеоигр и являющаяся дочерней по отношению к Nintendo Co., Ltd. Её головной офис находится в Киото (префектура Киото). Википедия
Двигатели Холла имеют высокую топливную эффективность, поэтому они могут значительно ускорять спутники или космические аппараты, используя меньшее количество топлива, и могут генерировать большую тягу относительно потребляемой мощности. Благодаря этим преимуществам они широко используются для различных миссий, таких как поддержание полета групп спутников в космической среде, где важна экономия топлива, орбитальные маневры схода с орбиты для уменьшения космического мусора и обеспечение движения для исследования дальнего космоса, например, исследования комет или Марса.
В последнее время, по мере расширения космической отрасли в эпоху Newspace, космические миссии становятся более разнообразными, и спрос на двигатели Холла соответственно увеличивается. Для того чтобы быстро разрабатывать высокоэффективные двигатели Холла, оптимизированные для каждой уникальной миссии, необходим метод точного прогнозирования производительности двигателя на этапе проектирования.
Однако существующие методы имеют ограничения, такие как невозможность точно обрабатывать сложное плазменное явление, происходящее в двигателе Холла, или ограниченность конкретными условиями, что приводит к низкой точности прогнозирования производительности.
Докторант Ёнхо Ким, профессор Вонхо Чхве и докторант Джэхонг Пак из кафедры ядерной и квантовой инженерии. Автор: The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Исследовательская группа разработала высокоточную методику прогнозирования характеристик двигателя на основе искусственного интеллекта, которая значительно сокращает время и затраты, необходимые для повторяющейся работы по проектированию, производству и испытанию двигателя Холла.
Команда профессора Чхве, которая начала первые отечественные исследования по разработке электродвигателей в 2003 году и руководит соответствующими исследованиями и разработками, представила структуру ансамбля искусственных нейронных сетей на основе 18 000 данных обучения двигателей Холла, полученных с помощью самостоятельно разработанного инструмента компьютерного анализа электродвигателей, и применила ее для прогнозирования характеристик тяги.
Инструмент компьютерного анализа, разработанный для обеспечения высококачественных моделей данных обучения физики плазмы и производительности тяги. Точность инструмента компьютерного анализа была подтверждена как высокая, со средней ошибкой менее 10% по сравнению с примерно 100 экспериментальными данными, полученными с 10 двигателями Холла, впервые разработанными в Корее исследовательской группой.
Модель ансамбля искусственных нейронных сетей работает как цифровая модель-близнец, которая может прогнозировать производительность двигателя за короткий промежуток времени, в течение нескольких секунд, с высокой точностью в зависимости от конструктивных параметров двигателя Холла.
В частности, он может подробно анализировать изменения показателей производительности, таких как тяга и ток разряда, в зависимости от проектных переменных, таких как расход топлива и магнитное поле, которые было трудно анализировать с помощью ранее известных законов масштабирования.
Работа маломощного двигателя Холла класса 150 Вт для (ультра)малых спутников, который разрабатывается исследовательской группой профессора Вонхо Чхве из KAIST в сотрудничестве с Cosmobee, специализированной компанией по электрическим двигателям, основанной лабораторией. Этот двигатель Холла планируется установить на CubeSat, K-HERO, который будет запущен в космос посредством 4-го запуска Nuriho в 4-м квартале 2025 года для проведения проверки на орбите. Автор: The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Иску́сственный интелле́кт (ИИ; англ. artificial intelligence, AI) — свойство искусственных интеллектуальных систем выполнять творческие функции, которые традиционно считаются прерогативой человека (не следует путать с искусственным сознанием); наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ.
Искусственный интеллект связан со сходной задачей использования компьютеров для понимания человеческого интеллекта, но не обязательно ограничивается биологически правдоподобными методами.
Существующие на сегодня интеллектуальные системы имеют довольно узкие области применения. Википедия
Читайте также:ИИ получает агентов: ChatGPT теперь имеет глубокие исследования с возможностями агентовIntel отказывается от Falcon Shores. Преемник — Jaguar ShoresМодель R1-Zero воспроизводит технологии DeepSeek за 30 долларовKIOXIA выпустила ПО AiSAQ для снижения потребности в DRAMSolidigm продлевает соглашение с Broadcom о выпуске SSD-контроллеров высокой емкости для ИИ
Профессор Чхве сказал: «Разработанная исследовательской группой методика прогнозирования производительности на основе ИИ отличается высокой точностью и уже используется для анализа тяговых характеристик двигателей Холла, которые являются двигателями для спутников и космических аппаратов, а также для разработки высокоэффективных маломощных двигателей Холла. Эту методику ИИ можно применять не только к двигателям Холла, но и к исследованиям и разработкам источников ионных пучков, используемых в различных отраслях промышленности, таких как производство полупроводников, обработка поверхностей и нанесение покрытий».
На фото слева показан двигатель Холла в работе в вакуумной камере электродвижения в KAIST, а графики справа показывают результаты тяги и тока разряда в зависимости от расхода анода. На графике красная линия представляет результаты, предсказанные моделью ИИ, а синие точки представляют экспериментальные результаты. Автор: Adapted from Advanced Intelligent Systems (2024). DOI: 10.1002/aisy.202400555
Кроме того, профессор Чхве пояснил: «Двигатель Холла для кубического спутника, разработанный с использованием технологий искусственного интеллекта в сотрудничестве с Cosmo Bee Co., Ltd., специалистом по электрическим двигателям и лабораторным стартапом исследовательской группы, будет установлен на кубическом спутнике K-HERO размером 3U (30x10x10 см) в ходе четвертого запуска Nuri, запланированного на ноябрь этого года, для проверки его работоспособности в космосе».
Результаты этого исследования, в котором в качестве первого автора принял участие аспирант кафедры ядерной и квантовой инженерии KAIST (междисциплинарная специальность «Инженерия космических исследований») Джаехонг Пак, были отмечены за свою инновационность и были выбраны в качестве статьи на обложке журнала.
Больше информации: Jaehong Park et al, Predicting Performance of Hall Effect Ion Source Using Machine Learning, Advanced Intelligent Systems (2024). DOI: 10.1002/aisy.202400555
Источник: The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
0 комментариев