14.2. Внеатмосферный участок спуска

В настоящее время основным способом перевода КА с орбиты ИСЗ на траекторию спуска является активный способ, когда путем включения ТДУ уменьшается величина орбитальной скорости КА до таких значений, чтобы перицентр новой орбиты проходил ниже границы плотных слоев атмосферы. Этот способ является наиболее простым и приемлемым с энергетической точки зрения — максимально необходимое уменьшение орбитальной скорости КА не превышает 1...2% от исходного значения (что в пересчете на массу топлива не превосходит нескольких процентов от массы КА на орбите).

Перевод КА с околоземной орбиты на траекторию снижения технически осуществляют следующим образом: выбирают так называемый посадочный виток, проходящий через заданный район посадки; вычисляют время включения и общее время работы ТДУ; осуществляют ориентацию КА на орбите и стабилизацию его положения; в требуемое время включают ТДУ, которая работает строго определенное время. В результате ск ... Читать дальше »

14.1. Общая схема спуска КА с использованием аэродинамического торможения

Предположим, что путем кратковременного включения тормозной двигательной установки (ТДУ) КА переведен с орбиты ИСЗ на траекторию, проходящую через плотные слои атмосферы (рис. 14.1), — траекторию спуска. Далее рассмотрим пассивный случай движения, т. е. будем считать, что из всех возможных сил на него действуют сила притяжения Земли mg и сила взаимодействия с окружающей средой — аэродинамическая сила. Пренебрегая центробежной и кориолисовой силами, запишем для этого случая уравнения движения КА в скоростной системе координат:

Глава 14. Спуск КА с орбиты искусственного спутника Земли

В общем случае задачу спуска формулируют следующим образом: КА, движущийся по орбите ИСЗ, необходимо мягко посадить в заданном районе земной поверхности, выдержав некоторые дополнительные условия и ограничения. Отсюда вытекает требование выполнения одного из основных условий, заключающегося в том, что скорость встречи КА с Землей должна быть близка к нулю. В результате на участке спуска должна быть погашена практически вся энергия, уровень которой чрезвычайно высок. Действительно, простые расчеты показывают, что только кинетическая энергия составляет около 10⁹ Дж на каждый килограмм массы КА, находящегося на орбите ИСЗ. Это и определяет все основные проблемы возвращения.

В сформулированном виде задача возврата, на первый взгляд, обрат на задаче выведения на орбиту ИСЗ, т. е., если при выведении используют тягу реактивных двигателей для увеличения скорости и подъема КА, то при посадке подобные двиг ... Читать дальше »

РАЗДЕЛ V. Снижение и посадка космических аппаратов на поверхность планет



Большинство КА, запускаемых с Земли на околоземные орбиты или межпланетные траектории, в конце полета должны совершить посадку на поверхность планеты (Земли, Марса, Венеры и др.). Снижение и посадка КА является ответственным этапом космического полета, так как от его успешной реализации зависит выполнение дальнейшей программы полета, а также сохранение и доставка на Землю результатов исследований и уникальных научных экспериментов. Значимость этого этапа несравнимо увеличивается, если на борту КА находятся космонавты.

Этап снижения и посадки КА на поверхность любого небесного тела (планеты, Луны) назы ... Читать дальше »

13.6. Синтез стратегий сближения на основе теории нечеткого управления

Отметим, что идеология методов управления сближением КА за многие годы развития космонавтики не претерпела серьезных изменений. Техническая реализуемость их как в автоматическом, так и телеоператорном режимах была многократно апробирована и доказала свою жизнеспособность и эффективность. Однако, что касается телеоператорного режима, осуществляемого на этапе причаливания (стыковки), то, ссылаясь на интервью летчика-космонавта СССР, руководителя полетом ОК «Мир» и МКС В. А. Соловьева, можно утверждать, что «...и сегодня это нестандартная операция: с близкого расстояния она получается, а с дальнего — нет».

Ситуация с реализацией этого режима настолько исключительна, что будет уместным воспроизвести здесь фрагмент указанного интервью, касающийся истории имевшего место соударения грузового корабля «Прогресс» с модулем «Спектр» ОК «Мир».

Опуская очень интересные, но не имеющие прямого отно ... Читать дальше »

13.5. Измерение и оптимальное оценивание параметров сближения при выполнении локальных маневров КА

Реализация метода свободных траекторий требует, как следует из анализа отвечающего ему алгоритма, использования следующей информации:

► о параметрах орбиты пассивного КА (в случае квазикруговой монтажной орбиты — только об угловой орбитальной скорости );

► о направлении местной вертикали, соответствующем местоположению каждого из КА, участвующих в операции встречи;

► о полном векторе относительного фазового состояния центра масс сближаемого (активного) КА;

► о полном времени выполнения маневра и времени, оставшегося до окончания маневра.

Указанная информация предназначена для построения ОСК на каждом из аппаратов, для согласования сопровождающих систем (приведения осей сопровождающей системы координат активног ... Читать дальше »

13.4. Математические основы методов ближнего наведения без учета действия относительного гравитационного ускорения

Предварительно дадим несколько определений, широко используемых при решении задач сближения в предположении об отсутствии относительного гравитационного ускорения (сближение в без гравитационном пространстве). Под относительной скоростью V_OTH будем понимать вектор скорости активного КА по отношению к пассивному аппарату. Тогда плоскость, образованная векторами относительной скорости V_0TH и относительной дальности D, будет представлять собой плоскость сближения, а минимальное расстояние h, которое будет иметь место при сближении КА в случае их движения в этой плоскости в соответствии с заранее введенной гипотезой об используемом законе, будем называть прогнозируемым пролетом или промахом.

Реализация метода параллельного сближения, относящегося к числу наиболее рациональных методов наведения в космическом пространстве, связана ... Читать дальше »

13.3. Ближнее наведение с учетом действия относительного гравитационного ускорения

Учитывая то обстоятельство, что монтажная квазикруговая орбита ОС обладает определенными преимуществами по сравнению с эллиптическими, а также то, что выполнение маневров на этапе ближнего наведения осуществляют на сравнительно небольших относительных расстояниях (D/r << 1), для решения многих задач встречи представляется оправданным использование уравнений типа (13.12). Решение их при условии А = const на интервале коррекции может быть получено в форме (11.8).

Обеспечение встречи с ограниченными (в пределе нулевыми) значениями скоростей в момент контакта требует приложения второго импульса, сообщаемого в конце участка для выравнивания скоростей КА.

Достоинством двухимпульсной схемы метода свободных траекторий при ... Читать дальше »

13.2. Начальные условия для обеспечения встречи

Использование орбиты ожидания для решения задачи встречи КА приводит к необходимости специального рассмотрения допроса [79] об обеспечении требуемых начальных условий по начальной фазе, т. е. угловому расстоянию между ОС и ТК в момент выхода последнего на орбиту (или на какой-нибудь иной заданный момент времени).

Весьма важным моментом баллистического решения задачи встречи КА является выбор параметров орбиты стыковки, или монтажной орбиты. Процессы управления движением на этапах дальнего и ближнего наведения можно значительно упростить, если в качестве монтажной орбиты выбрать круговую орбиту. После определения монтажной орбиты осуществляют перевод пассивного аппарата на нее, если параметры его начальной орбиты существенно отличаются от требуемых. Так, для обеспечения стыковки на монтажные орбиты переводили ОС «Салют-5» и «Салют-6». В программе ЭПАС [9] роль ОС выполнял КК «Со-юз-19» с космонавтами А. Леоновым и ... Читать дальше »

13.1. Уравнения относительного движения КА

Рассмотрим движение пассивного и активного КА в процессе их сближения, пренебрегая возмущениями от несферичности Земли, а также возмущающими факторами более высокого порядка малости. При математическом описании процесса параметры движения активного КА обозначим индексом «а». Дифференциальные уравнения аппаратов в векторной форме относительно базовой инерциальной системы координат будут иметь вид