У 2020 році відповідно до планів, затверджених НАН України в галузі інформатики, нових інформаційних технологій та систем, державних науково-технічних програм в Інституті виконувалась 21 науково-дослідна тема, серед яких: 3 проєкти за конкурсом Національного фонду досліджень України; 1 проєкт за Цільовою програмою НАН України «Аерокосмічні спостереження довкілля в інтересах сталого розвитку та безпеки як національний сегмент проєкту Horizon-2020 ERA-Planet»; 1 проєкт за бюджетною програмою «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів наукових досліджень на 2020 р.», 2 проєкти за Цільовою комплексною програмою НАН України з наукових космічних досліджень, 1 проєкт Цільової комплексної програми НАН України з фізики плазми і плазмової електроніки: фундаментальні дослідження та застосування» на 2020-2022 рр. та інша відомча та договірна тематика.

Сонячно-земні зв’язки та космічна погода

• Вперше встановлено, що спектр власних частот еванесцентних акустико-гравітаційних хвиль (АГХ) в ізотермічній атмосфері є неперервним. Показано, що АГХ можна розглядати як суперпозицію коливань, які відбуваються одночасно на двох власних частотах при фіксованій довжині хвилі (О.К.Черемних, А.К.Федоренко, Є.І.Крючков, Ю.О. Селіванов, C.О.Черемних).
• Для опису згасання акустико-гравітаційних збурень в атмосфері запропоновані модифіковані рівняння Нав'є-Стокса і теплопереносу. Це дозволило усунути нефізичний ефект наростання амплітуд збурень при малих довжинах хвиль, який був наявний у попередніх теоретичних моделях, і пояснити ряд спостережних ефектів. Запропоновано новий підхід до вивчення АГХ в атмосфері Землі зі слабкою вертикальною неоднорідністю температури, що є актуальним для інтерпретації спостережень збурень в атмосферах Землі і Сонця (А.К.Федоренко, Є.І.Крючков, О.К.Черемних, Ю.О.Селіванов; Ю.Г.Рапопорт – КНУ імені Тараса Шевченка).
• На основі енергетичного принципу досліджено умови поширення МГД мод у сонячних магнітних трубках. Проаналізовано стійкість різних типів мод і зроблено висновок, що гвинтова мода є домінуючою, оскільки для її генерації потрібно менше енергії, ніж для інших мод (О.К.Черемних, О.Н.Кришталь; Ю.Цап – Кримська астрофізична обсерваторія, В.М.Федун – Великобританія, Університ м. Шеффілд, А.В.Степанов – Пулковська астрономічна обсерваторія РАН).
• Досліджено збудження низькочастотних кінетичних хвиль поблизу основ петель в активній області на Сонці. Використана напівемпірична модель сонячної атмосфери VAL (F). Отримані результати показують, що можна передбачити початок спалахового процесу (О.К.Черемних, О.Н.Кришталь, А.Д.Войцеховська, В.М.Федун; Істван Баллаі – Великобританія, Університ м. Шеффілд).
• За даними вимірювань з чотирьох космічних апаратів місії «Кластер-2» досліджено послідовність подій, що супроводжують прояви суббур в іоносфері та магнітосфері Землі. Визначено характер зміни параметрів плазми у хвості магнітосфери. Отримані результати вказують на суттєву роль кінетичних ефектів у магнітосфері Землі під час вибухової фази суббурі (Л.В.Козак, В.А.Петренко; К.Д.Река – КНУ імені Тараса Шевченка, П.М.Козак – Астрономічна обсерваторія КНУ, О.О.Кронберг – Інститут Макса Планка, Німеччина, О.Є.Григоренко – Інститут космічних досліджень РАН).
• Побудовано математичну модель генерації змінного магнітного поля Сонця впродовж сонячного магнітного циклу. Проведено чисельне моделювання поведінки магнітного поля в конвективній зоні Сонця. Отримано якісне узгодження моделі з даними спостережень динаміки магнітного поля на поверхні Сонця впродовж циклу Хейла (О.О.Логінов, О.К.Черемних; В.Н.Криводубський – КАО).
• Розроблена теоретична модель генерації іоносферних провісників землетрусів під дією атмосферних гравітаційних хвиль. Геофізична аномалія, що передує землетрусу, трактується як масштабна трьохмірна структура, яка спирається на вогнище землетрусу та йде в космічний простір. Модель з єдиних позицій пояснює сукупність властивостей іоносферних провісників землетрусів (О.С.Парновський, Г.В.Лізунов, О.В.П’янкова).

Космічні інформаційні системи і технології, методи оброблення аерокосмічних даних

• В межах проєкту GEO-Essential програми ERA-Planet розроблено та реалізовано робочий процес (workflow) щодо обчислення індикаторів досягнення цілей сталого розвитку, що ґрунтуються на даних дистанційних спостережень (Н.М.Куссуль, М.С.Лавренюк, Л.Л.Шуміло).
• Розроблено нові підходи моніторингу індикаторів цілей сталого розвитку 6.3.2. та 6.6.1 з використанням продуктів супутникових даних, та визначено ресурси супутникових даних для цих індикаторів. На основі аналізу істотних змінних для 17 індикаторів цілей сталого розвитку сформовано перелік джерел геоінформаційних даних – продуктів обробки супутникової інформації (Я.І.Зєлик, Л.М.Колос, Л.В.Підгородецька).

• Здійснено аналіз стану проблеми оцінювання пожежної небезпеки і моніторингу пожеж в Україні та у світі та визначено джерела необхідних супутникових, статистичних і наземних даних. Проведено збір та обробку супутникових та геоінформаційних даних (Я.І.Зєлик, Л.В.Підгородецька, Л.М.Колос, А.Ю.Шелестов, Л.Л.Шуміло, Б.Я.Яйлимов, А.В.Колотій).
• В межах проєкту SMURBS програми ERA-Planet розроблено метод визначення теплових островів для м. Києва та інформаційну технологію моніторингу пожеж на основі продукту Sentinel 3 Land Surface Temperature, а також Landsat-8 і Sentinel-2 (А.Ю.Шелестов, Л.Л.Шуміло, Б.Я.Яйлимов, А.В.Колотій).
• Розроблено та реалізовано у хмарній платформі Google Earth Engine процедури підвищення просторового розрізнення супутникових даних шкідливих промислових атмосферних викидів. Розроблено та реалізовано процедури субпіксельної обробки радарних даних Sentinel-1 для підвищення просторового розрізнення нерухомих об’єктів до 2-3 м та здійснено їх перевірку на тестових об’єктах загального призначення (Я.І.Зєлик, С.В.Чорний, Л.В.Підгородецька).
• Розроблено хмарну технологію автоматичної класифікації посівів з використанням даних Sentinel-1 на базі Amazon Web Services (А.Ю.Шелестов, М.С.Лавренюк, Л.Л.Шуміло).
• Розроблені технічні пропозиції щодо створення системи ракетного зондування нижньої іоносфери, які будуть використані для калібрування моделей іоносфери, і для розробки покоління електродинамічних моделей нижньої іоносфери, що характеризують умови поширення радіохвиль низьких частот. На цій основі будуть розроблені методи використання ракетних даних для оперативного оновлення моделей короткострокового прогнозу космічної погоди (Г.В.Лізунов, О.В.П’янкова, О.С.Парновський, А.А.Кузьмич).
• Розроблена концепція інформаційної системи збору, первинного оброблення та розповсюдження антарктичних даних. Сформовані технічні вимоги до системи в цілому та її окремих компонентів, розроблено проєкт Технічного завдання на створення і впровадження інформаційної системи (Г.В.Лізунов, О.В.П’янкова, О.С.Парновський, А.А.Кузьмич).

Космічне матеріалознавство, дослідження фізико-хімічних процесів одержання матеріалів в космічних умовах

• Розроблено математичну модель процесу направленої кристалізації з урахуванням факторів прихованої теплоти плавлення та стрибка щільності, що дозволяє в плоскій геометрії дослідити вібраційний вплив на стійкість фазової межі в двофазних системах (чл.-кор. НАН України О.П.Федоров, А.Г.Машковський).

Розробка та створення перспективних приладів для космічних досліджень

• Завершено створення комплекту наукової апаратури (ЛЦ ІКД НАН України та ДКА України) для проведення космічного експерименту «Іоносат-Мікро» на борту космічного апарату «Мікросат-М», який пройшов всі види випробувань контрольно-перевірочної апаратури. З використанням даних імітаторів приладів проведено відпрацювання програмних компонентів інформаційної системи збору, обробки та розповсюдження даних космічного експерименту «Іоносат-Мікро» (Г.В.Лізунов, О.В.П’янкова, О.С.Парновський, А.А.Кузьмич).

Теорія та методи керування складними динамічними системами космічного призначення

• Для дискретних динамічних систем з нелінійними функціями, що задовольняють два лінійні обмеження (так звані «секторіальні нелінійності»), вперше доведено, що аналіз їх стійкості зводиться до оцінки стійкості відповідного сімейства лінійних динамічних систем. Цей результат є фундаментальним у теорії стійкості нелінійних систем і відкриває можливість вирішувати прикладні задачі синтезу стабілізуючого керування в такому класі моделей (академік НАН України В.М.Кунцевич).
• Розроблено теоретичні основи побудови інтелектуального керування процесами в дискретних системах, що дають змогу за прогнозуванням поведінки систем на ковзному інтервалі забезпечувати задані динамічні властивості в умовах невизначеності. Отримані результати орієнтовані на практичне застосування в системах керування безпілотними апаратами, у тому числі при автономному зближенні та стикуванні космічних апаратів (чл.-кор. НАН України В.Ф.Губарев).
• Запропоновано новий метод еліпсоїдальної апроксимації перетину опуклих множин спеціального виду в задачах оцінювання вектора стану (ВС) лінійних динамічних систем (ДС) з обмеженими адитивними завадами в каналах спостереження їх виходів, включаючи спостереження на ковзному інтервалі. Метод, заснований на ідеї розширення множин при розв'язуванні невласних задач математичного програмування. Його можна застосовувати для широкого класу задач керування й спостереження ДС, включаючи задачі керування й навігації космічних апаратів (В.В.Волосов, В.М.Шевченко).
• Досліджено залежність розв’язку задачі визначення положення і орієнтації твердого тіла по його зображенню, від величини максимально можливої похибки визначення положення зображень реперних точок. Розроблено метод отримання верхньої оцінки гарантованої точності розв’язку задачі при заданих обмеженнях точності позиціонування на зображенні. Метод дозволяє виконувати обчислення множинних оцінок рішення, що необхідно для практичного застосування технічного зору при керуванні зближенням космічних апаратів на орбіті (чл.-кор. НАН України В.Ф.Губарев, С.В.Мельничук, М.М.Сальніков, В.М.Шевченко, Л.В.Максимюк).

За участю співробітників Інституту організовано та проведено в Києві XXVI Міжнародну конференцію з автоматичного управління «Автоматика 2020» (13-15 жовтня 2020 р.).