Размещение средств космических исследований на поверхности Луны имеет ряд серьезных преимуществ [1-2]: сейсмическая стабильность, отсутствие шумов в радиодиапазоне, непрохождение через поля сильной радиации, облегчённая ремонтопригодность. Ввиду чего актуальной является задача эффективного размещения объектов исследования и инфраструктуры при определённом (принятом) максимуме затрат, что позволит не только задействовать спутник Земли для космических исследований объектов Солнечной Системы [3-4], но и в перспективе обеспечить взаимодействие и проведение навигационных исследований Земной поверхности [5].
Работа предлагает разработку web-решения по проектированию и размещению объектов на лунной поверхности, навигации по поверхности спутника Земли, анализу и управлению полученными навигационными наблюдениями. В частности, для размещения объектов на лунной поверхности была предложена адаптивная модель оптимизации для размещения и обеспечения взаимодействия между модулями. Разработаны и введены предпочтительные критерии и ограничения применительно к расположению объектов и их взаимовлиянию друг на друга. Среди разработанных критериев выбора оптимального варианта размещения модулей можно отметить следующие: выбор места размещения лунной базы [6-9], использование эффективного количества реголита для защиты от пыли, излишней радиации, наиболее вероятных метеоритов [10-12], максимальный угол уклона поверхности для экономически целесообразного строительства [13]. Предложенные в работе критерии учитывают требования к обеспечению комплексной безопасности, а также взаимосвязи между объектами, возможности кооперации. Рассмотрены модели спектральных преобразований: Фурье-преобразование, разложение Грамма-Шмидта, Вейвлет-разложение.
Для реализации серверной части программного обеспечения выбор осуществлён в пользу распределённой системы с микросервисной архитектурой, что упрощает поддержку и дальнейшее расширение программного решения. Микросервисы осуществляют взаимодействие друг с другом внутри закрытого контура посредством gRPC, контракты общения описаны при помощи языка Protobuf [14-15]. Выбранный протокол позволяет ускорить межсервисное взаимодействие, а также уменьшить трафик внутри сети.
Каждое приложение упаковано в собственный контейнер с использованием Docker, а для оркестрации контейнеров применяется Docker Swarm, обеспечивающий гибкое развертывание, масштабирование, мониторинг состояния и автоматический перезапуск сервисов при сбоях.
Хранение данных организовано с использованием реляционной базы данных для структурированных данных и NoSQL-хранилища для полуструктурированных данных. Файлы сохраняются в S3 object storage, обеспечивающий надёжность и масштабируемость.
Для реализации применяются высокоуровневые языки программирования Python и Golang. Клиентская часть разработана с применением JavaScript и фреймворка ReactJS, взаимодействующая с сервером через REST и посылающая запросы через WEB-сервер на API-gateway, который является точкой входа в систему извне. На API-gateway делегируется ответственность за авторизацию пользователей, а также маршрутизацию запросов к соответствующим микросервисам и агрегацию ответов [16].
Для обеспечения надёжности работы системы реализовано централизованное логирование и мониторинг с использованием инструментов Prometheus, Grafana, Loki, а также автоматизированный CI/CD-конвейер, который позволяет быстро и безопасно внедрять обновления.
Предложенный алгоритм обработки информации в рамках разработанного web-решения отличается возможностью выбора аппарата распознавания объектов, к примеру, применение волновых функций, корреляционных функций, сплайнов для интерполяции высот, рекуррентных адаптивных фильтров.
Применение предложенных моделей, алгоритма и программного обеспечения способствует расширению возможностей отслеживания и анализа объектов Солнечной Системы [3-4], возможны к использованию для решения задач навигации и дистанционного зондирования Земли [5].

Ключевые слова: Луна, реголит, средства космических исследований, оптимизационная модель, размещение объектов, спектральный анализ, дистанционное зондирование, навигация

Литература:

Carrasco M. J., Bernabeu J., Colell E. The Moon as Astronomical Platform //Exploration and Utilisation of the Moon. – 2000. – Т. 462. – С. 79.
Burns J. O. et al. Observatories on the Moon //Scientific American. – 1990. – Т. 262. – №. 3. – С. 42-49.
Flahaut J. et al. Scientific perspectives on lunar exploration in Europe //npj Microgravity. – 2023. – Т. 9. – №. 1. – С. 50.
Silk J. et al. Astronomy from the Moon: the next decades (part 2) //Philosophical Transactions of the Royal Society A. – 2024. – Т. 382. – №. 2271. – С. 20230079.
Ye H. et al. Observation scope and spatial coverage analysis for earth observation from a Moon-based platform //International Journal of Remote Sensing. – 2018. – Т. 39. – №. 18. – С. 5809-5833.
Дьячкова М. В. АНАЛИЗ ДАННЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ДЛЯ ВЫБОРА РАЙОНОВ ПОСАДОК ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ И МАРСА.
Li F. et al. The Scientific Value and Technical Challenge of Chang'E-4 Landing on the Far-side of the Moon //41st COSPAR Scientific Assembly. – 2016. – Т. 41. – С. B0. 1-18-16.
Chen G. et al. Influence of topography on the site selection of a Moon-based Earth observation station //Sensors. – 2021. – Т. 21. – №. 21. – С. 7198.
Grishakina E. A. et al. Map of the Circumpolar Regions of the Moon from Latitudes+/–55° //Solar System Research. – 2024. – Т. 58. – №. 4. – С. 388-393.
Duke M. B. et al. Development of the Moon //Reviews in mineralogy and geochemistry. – 2006. – Т. 60. – №. 1. – С. 597-655.
Логоватовская Е. С. Архитектура и космос. Обитаемая база на Луне //Academia. Архитектура и строительство. – 2022. – №. 1. – С. 54-59.
Пыжов А. М. и др. Защитный купол обитаемой станции на поверхности Луны //Воздушно-космическая сфера. – 2019. – №. 3 (100). – С. 44-49.
Леонов В. А. Постоянная лунная станция как приоритет России в освоении ресурсов космоса //Воздушно-космическая сфера. – 2021. – №. 4 (109). – С. 56-67.
Роберт Мартин Чистая архитектура. Искусство разработки программного обеспечения. – СПБ.: Питер, 2021
Сэм Ньюмен Создание микросервисов. 2-е издание. – СПб.: Питер, 2023.
Касун Индрасири, Данеш Курупу gRPC: запуск и эксплуатация облачных приложений. Go и Java для Docker и Kubernetes. — СПб.: Питер, 2021.

Двадцать третья международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"

XXIII.P.458

Разработка модели, алгоритма и программного обеспечения для проектирования и анализа средств космических исследований на поверхности Луны

Дистанционное зондирование планет Солнечной системы