Введение к работе
І.
Актуальность темы. После ряда отказов в системах управления космических аппаратов (КА), оснащенных ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), Генеральная Ассамблея ООН приняла Принципы, касающиеся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве. Этот документ исходит из практической целесообразности использования ядерных источников энергии на борту космических объектов. В Принципах предусмотрено проведение оценки безопасности ядерных источников энергии до их запуска в космос, при этом результаты оценки должны быть опубликованы до запуска. Информация предоставляется также в случае возникновения опасности возвращения радиоактивных материалов на Землю.
В этой связи вопросы обеспечения безопасности космических аппаратов, оснащенных ядерными энергетическими установками, прорабатываются в различных сферах деятельности общества - в науке и технике, в международной и во внутренней политике государств.
Вместе с тем, современная концепция управления риском основывается на том положении, что невозможно создать абсолютно безопасную сложную техническую систему. Примеры происходивших за последние годы аварий и катастроф с системами высокой технической надежности только подтверждают данное положение.
Сложность решения данной проблемы заключается в ее многогранности, так как требует рассмотрения в комплексе различных аспектов: организационных, технических, управленческих, информационных и т.д. Попытка совместного рассмотрения этих проблем требует в свою очередь разработки новых концепций с использованием современных достижений научной мысли.
В этой связи разработка методологических и теоретических основ системного анализа безопасности КА, оснащенных ЯЭУ, является актуальной и важной проблемой.
Настоящее исследование опирается на фундаментальные исследования
проблем безопасности, выполненные академиками П.С. Краснощековым, А.А. Петровым, Ю.И. Журавлевым, Ю.Г. Евтушенко, Б.В. Гнеденко, Н.Н. Моисеевым и другими.
Важную роль в формировании методологии системного анализа сыграли работы ведущих ученых в области фундаментально-прикладных исследований по системной безопасности Н.А. Северцева, А.В. Ильичева, В.К. Дед-кова, В.В. Дикусара, А.Г. Леонова, И.Н. Рябинина, P.M. Юсупова, В.В. Куль-бы, Г.С. Садыхова, Г.Г. Малинецкого, Е.А. Куклева и других.
Вопросам анализа безопасности сложных технических систем посвящены исследования и публикации многих отечественных ученых и специалистов - В.В. Кульбы, О.И. Ларичева, Б.Н. Порфирьева, P.M. Юсупова, Г.Г. Малинецкого и др. В последние годы за рубежом активно развиваются научно-практические разработки в области риск-менеджмента, среди которых можно выделить работы Дж. Апосталакиса, Л. Гуоссена, С. Гуаро, Р. Кука, X. Кумамото, Ф. Лисса, В. Маршалла, Г. Сейвера, Э. Хенли.
Тем не менее, круг нерешенных в этой области проблем еще достаточно широк.
Трудность решения задач управления безопасностью КА с ЯЭУ вызвана тем, что характер возникновения и развития каждой конкретной опасной ситуации является сугубо индивидуальным, а само ее развитие происходит в условиях неопределенности. Недостаток информации о характере развития опасной ситуации может привести к развитию ситуации с катастрофическими последствиями. В этих условиях актуальными становятся задачи системного анализа развития ситуации, учета фактора неопределенности при принятии решений.
Для принятия решений по управлению безопасностью КА с ЯЭУ необходимо исследовать опасную ситуацию как сложный динамический объект. Методология системных исследований сложных динамических систем и управление в условиях неопределенности, характерной для опасных ситуаций, требуют обеспечить поддержку принятия решения с учетом целого ком-
плекса условий и большого числа ограничений, накладываемых в ходе решения каждой отдельной задачи управления безопасностью.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является решение актуальной научно-технической проблемы, заключающейся в разработке методологических и теоретических основ системного анализа безопасности КА с ЯЭУ и применения полученных результатов для управления безопасностью на основе обработки информации об опасностях и угрозах, возникающих в сложных условиях функционирования космических систем.
Объект исследования: Безопасность космических аппаратов, оснащенных ядерными источниками энергии.
Предмет исследования: Разработка методологических и теоретических основ системного анализа безопасности космических аппаратов, оснащенных ядерными источниками энергии.
Основная задача исследования: Разработать научные подходы, методы, модели, алгоритмы и вычислительные процедуры системного анализа безопасности космических аппаратов с ядерными источниками энергии на борту.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
-
Проведен анализ безопасности применения КА с ЯЭУ для решения научных, народно-хозяйственных, экспериментальных и военно-прикладных задач.
-
Выполнены концептуальная и формальная постановка научной проблемы системного анализа безопасности КА, оснащенных ЯЭУ, сформулированы основные принципы системного анализа безопасности КА с ЯЭУ.
-
Проведена структуризация и упорядочение решения задач системного анализа безопасности КА с ЯЭУ на основе логических схем системного анализа.
-
Сформирована концепция системного облика риска возникновения критических ситуаций с КА, оснащенными ЯЭУ.
-
Проведено обоснование выбора стратегии управления безопасностью КА с ЯЭУ на основе решения задачи многокритериальной оптимизации.
-
Предложен метод построения сценариев системного анализа безопасности КА с ЯЭУ на основе выделения сценарных областей безопасности и риска.
-
Разработана методика комплексирования информационно-технических элементов в систему мониторинга риска возникновения критических ситуаций с КА, оснащенными ЯЭУ.
-
Разработана информационная технология поддержки принятия решений по управлению безопасностью КА с ЯЭУ в критических ситуациях.
Методы исследования. При разработке моделей, методов, алгоритмов и вычислительных процедур системного анализа безопасности КА с ЯЭУ в работе использовались методы системного анализа, теории информации, имитационного моделирования, принятия решений, теории графов, автоматизированного проектирования информационных систем и хранилищ данных.
Научная новизна работы
Научная новизна решения проблемы заключается:
-
В развитии методологии системного анализа применительно к исследованию безопасности КА с ЯЭУ.
-
В разработке подходов к построению методов, моделей и алгоритмов для системного анализа информационных признаков риска и управления безопасностью КА с ЯЭУ.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Практическая ценность результатов заключается в следующем: 1. В разработке логических схем системного анализа безопасности КА с ЯЭУ на базе формализованных и неформализованных методов проведения исследований, позволяющих представить данный процесс в виде алгоритмических и вычислительных процедур.
-
В разработке вычислительных процедур по оценке риска возникновения критических ситуаций при аварийном спуске с орбиты КА с ЯЭУ.
-
В разработке алгоритмов комплексирования информационно-технических элементов в систему мониторинга риска возникновения критических ситуаций с КА, оснащенными ЯЭУ.
-
В построении на основе разработанных моделей информационной системы, предназначенной для поддержки принятия решений по управлению безопасностью КА с ЯЭУ.
Полученные научные и практические результаты внедрены на ряде предприятий промышленности и в учебном процессе.
Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в выборе направления исследований, в формулировке и постановке основных задач, в проведении теоретического анализа безопасности КА с ЯЭУ, в проведении экспериментальных исследований и интерпретации полученных результатов, а также в разработке алгоритмического и программного обеспечения для решения задач оценки риска возникновения опасных ситуаций с КА"Г оснащенными ЯЭУ.
Все вошедшие в диссертационную работу результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Интерпретация научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций, которым автор благодарен за плодотворную совместную работу.
Результаты, выносимые на защиту:
-
Методологические основы системного анализа безопасности КА, оснащенных ЯЭУ.
-
Система показателей для оценки безопасности и риска КА с ЯЭУ, методы, модели, алгоритмы и вычислительные процедуры, позволяющие проводить оценки этих показателей для практических приложений.
-
Информационно-технологические основы мониторинга риска возникновения критических ситуаций с КА, оснащенными ЯЭУ.
-
Прикладные аспекты системного анализа безопасности КА с ЯЭУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях и семинарах в ВЦ им. А.А. Дородницына РАН, ВИКИ им. А.Ф. Можайского, в Центре подготовки космонавтов им. Ю. Гагарина, Институте космических исследований РАН, Главном испытательном центре испытаний и управления космическими средствами им. Г.С. Титова, Воронежском государственном техническом университете, НИИ физических измерений, Белорусском государственном университете и ряде других научных учреждений, научно-производственных объединений промышленности и учебных заведений.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав основного материала, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 306 страниц машинописного текста, включая 29 рисунков и 16 таблиц. Библиографический список содержит 349 наименований.
