15.5. Метод построения системы управления спуском

Рассмотрим один из возможных методов построения системы управления на гиперболических траекториях. Главная особенность описываемого метода построения СУС заключается в разделении основных задач управления на каждом характерном участке снижения СА с обязательным выполнением строго определенных требований.

Для реализации подобной СУС необходимо наличие на борту СА быстродействующей ЦВМ (бортовой ЦВМ), позволяющей оперативно проводить расчеты по определению текущего вектора состояния СА и прогнозированию его движения. Исходной информацией для решения системы уравнений движения СА с помощью БЦВМ являются данные о перегрузках, поступающие с трех взаимно перпендикулярных акселерометров, установленных на гиростабилизированной платформе. При этом оси чувствительности акселерометров совпадают с осями некоторой выбранной инерциальной системы координат.

Начальные данные для уравнений движения получают или автономно ... Читать дальше »

15.4. Управление СА на гиперболических траекториях возвращения

Наиболее простым и надежным способом управления СА при движении в атмосфере является управление путем изменения угла крена при постоянном значении угла атаки (управление «эффективным» качеством). С увеличением скорости входа для получения необходимого рабочего коридора входа необходимо увеличивать располагаемое качество. Но, как видно из рис. 15.3, по крайней мере до скоростей входа VBX ~ 19 км/с с баллистической точки зрения вполне возможно использовать аппараты, управляемые с помощью изменения угла крена. Это будем иметь в виду при дальнейших рассуждениях.

Обеспечение точной и безопасной посадки КА в большой степени определяется возможностями управления аппаратом в пределах коридора входа. При решении указанной задачи целесообразно применять метод разделения траектории снижения на несколько характерных участков.

Первым участком является участок от точки входа КА в плотные слои атмосфе ... Читать дальше »

15.3. Вход с гиперболическими скоростями

Трудности спуска КА, входящих в атмосферу Земли с гиперболическими скоростями, в баллистическом отношении связаны, в первую очередь, с необходимостью обеспечить захват аппарата атмосферой, с уменьшением коридора безопасного движения, а также с проблемой переносимости экипажем КА перегрузок после длительного пребывания в космосе.

Простое попадание КА в коридор входа еще не гарантирует захват его атмосферой. В этом случае для принятия правильного решения системой управления необходима информация о положении аппарата в коридоре входа. Поскольку любой системе управления свойственны некоторые погрешности, необходимо, чтобы ошибки бортовых данных о положении КА внутри коридора не превышали определенной величины. При движении аппарата вблизи верхней границы величина допустимых ошибок не равна нулю и поэтому некоторая часть коридора {в районе верхней границы) оказывается запрещенной для использования и непригодной для безопасно ... Читать дальше »

5.2 Возвращение от Луны

При возвращении от Луны одной из принципиальных задач является организация точной посадки КА в заданном районе территории. В общем случае возвратные траектории можно подобрать таким образом, чтобы аппарат летел над поверхностью Земли с севера на юг (северные траектории) или наоборот (южные траектории). При этом расположение Луны относительно территории нашей страны таково, что перицентр северных траекторий расположен практически на южной границе бывшего СССР и посадка на поверхность Земли возможна лишь с большими перегрузками (гстах й> 10). При реализации южных траекторий их перицентр расположен в диапазоне широт порядка ±23° (относительно экватора), и, чтобы достигнуть территории бывшего СССР, протяженность движения СА в атмосфере должна превышать 4500...5000 км (в некоторых случаях 11 000 ...12 000 км).

Советским ученым удалось решить эту задачу путем использования так называемых рикошетирующих траекторий (рис. 15.2): аппарат после крат ... Читать дальше »

15.1. Коридор входа



ФАКТИЧЕСКИЙ (РЕАЛИЗУЕМЫЙ) КОРИДОР ВХОДА меньше теоретического как из-за реальных атмосферных возмущений, отличных от расчетных при моделировании снижения СА, так и из-за различных не строго учитываемых факторов (ошибок определения начальных условий КА при входе, отклонений проектно-баллис-тических параметров СА от расчетных, инерционности, ошибок в работе СУС, нестационарности процессов теплообмена и теп-лонагружения аппарата и др.)- Существование фактического коридора входа позволяет гарантированно решать задачу безопасной и точной посадки СА при любых реальных условиях снижения. Кроме того, знание фактического коридора входа позволяет оценить величину максимально допустимых ошибок системы наведения на подлетном участке траектории движения КА.

Здесь уместно ввести понятие под ... Читать дальше »

Глава 15. Особенности спуска на поверхность Земли с лунных и межпланетных траекторий возвращения

При реализации полетов КА к другим небесным телам Солнечной системы (к Лупе, планетам, астероидам, кометам) в некоторых случаях предусматривают возвращение на Землю какой-то части КА (например, при доставке грунта с Луны на советских АМС «Луна»). В этом случае обязательным требованием является надежная посадка СА в заданном, специально выбранном районе Земли.

При анализе траекторий возвращения прежде всего рассматривают возможную скорость подлета к Земле и так называемый коридор входа.

При возвращении от Луны скорость входа близка ко 2-й космической скорости (VBX =11 км/с), а при возвращении от других небесных тел — превышает 2-ю космическую скорость (Vax > 11,2км/с). В последнем случае ее принято именовать гиперболической, так как траектория возвращения ICA относительно Земли является кеплеровой разомкнутой орбитой, называемой гиперболой. Соответственно ... Читать дальше »

14.6. Планирующий спуск

СА скользящего типа, наряду со многими преимуществами, имеют два принципиальных недостатка, которые вызывают необходимость создания аппаратов нового типа: однократность использования и исключительно ограниченные возможности бокового маневрирования (в пределах всего нескольких десятков км). Сущность первого недостатка лучше всего показать на примере возвращения транспортного корабля «Союз-Т». Из рис. 14.16 видно, что он включает три основных отсека: прибор-но-агрегатный (3), где размещены все приборы и основная двигательная установка; бытовой (б), где космонавты проводят основное время, работая и отдыхая, и возвращаемый на Землю отсек с космонавтами, который и есть собственно спускаемый аппарат (5). Возвращать полностью сохранным корабль на Землю энергетически и экономически неоправданно из-за огромных затрат на его теплозащиту, организацию управления, построение системы мягкой посадки и т. д. После сообщения тормозного импульса перед входом в ... Читать дальше »

14.5. Скользящий спуск

Тяжелый перегрузочный режим (пятах > 8) в сочетании с большим разбросом точек приземления делает непригодными аппараты баллистического типа для регулярных полетов с человеком на борту. Только на первом этапе развития космической техники, когда относительная простота реализации играет решающую роль, оправдано применение СА баллистического типа. Для уменьшения максимальных перегрузок необходимо увеличивать время движения СА в плотных слоях атмосферы (см. (14.9)), осуществляя снижение по более пологим траекториям по сравнению с баллистическим спуском. Эта задача может быть решена путем использования СА, обладающих аэродинамической лодъемной силон (см. (14.1)).

Даже небольшое значение аэродинамического качества приводит к существенному уменьшению максимальных перегрузок. При разработке аппаратов, обладающих подъемными силами, проводили поиски форм, располагающих максимальным значением коэффициента лобового сопротивления, на которых можно получ ... Читать дальше »

14.4. Участок мягкой посадки

Тормозных свойств КА недостаточно для полного гашения энергии, и необходимо введение специальной системы мягкой посадки, которая работает на третьем, заключительном, участке спуска. При этом значения траекторных параметров в конце участка основного аэродинамического торможения являются начальными для заключительного участка. Следует иметь в виду, что начало участка мягкой посадки не фиксировано по высоте, а определяется особенностями работы используемой конкретной системы мягкой посадки (СМП). Прежде всего следует различать вертикальную («вертолетную») и горизонтальную («самолетную») посадку. Вертикальная посадка возможна практически на любую ровную площадку, ибо, как и при посадке вертолета, СМП должна обеспечить практически полное гашение скорости. Допускают только небольшое значение вертикальной составляющей скорости (порядка 2..4 м/с при пилотируемой посадке). При самолетной посадке к вертикальной составляющей предъявляют еще более же ... Читать дальше »

14.3. Участок основного аэродинамического торможения

Участок снижения в плотных слоях атмосферы является быстротечным, напряженным и ответственным, так как именно здесь происходит практически полное гашение энергии (более 99%), а СА подвергается мощному динамическому и тепловому воздействию. Для правильного понимания физической картины процесса спуска и в целях получения достаточно строгих для практики результатов при анализе необходимо учитывать множество различных факторов — пространственное движение СА как тела переменной массы со всеми степенями свободы, нестационарное обтекание СА и изменение аэродинамических характеристик, характер теплового нагружения СА и возможность численной оценки теплопотоков, прочность конструкции аппарата и обеспечение надежной тепловой защиты, управление СА на траектории снижения в условиях реально действующих атмосферных возмущений, ошибок и запаздываний при работе бортовой аппаратуры и т. д.

Решение всех возникающих задач ... Читать дальше »