Оптимальное управление космическим аппаратом при формировании орбиты искусственного спутника Юпитера на участке предварительного аэродинамического торможения

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов


Авторы

Орлов Д. А. *, Саитова А. Г. **

Российский университет дружбы народов, ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, 117198, Россия

*e-mail: hause_of_god@bk.ru
**e-mail: saitova_ag@rudn.university

Аннотация

Исследуется задача оптимального управления движением космического аппарата (КА) при применении предварительного аэродинамического торможения КА в атмосфере и переводе КА на переходную орбиту после его вылета из атмосферы, подаче разгонного импульса характеристической скорости в апоцентре этой орбиты и перевода его на орбиту искусственного спутника Юпитера. В качестве основного критерия оптимальности используется минимизация суммарных потребных энергетических затрат на формирование орбиты.

Разработана методика оптимального управления КА при движении в атмосфере Юпитера, учитывающая специфические особенности динамики полета. При помощи принципа максимума Понтрягина определяются законы управления углом атаки и крена на атмосферном участке движения КА. Учитываются ограничения на максимальные максимально допустимые значения температуры и перегрузки, действующие на КА в процессе движения в атмосфере.

Проведена оценка возможностей и анализ энергетической эффективности применения данного способа выведения КА на орбиту искусственного спутника Юпитера в зависимости от высот условного перицентра. Показано, что для всего рассматриваемого диапазона исходных данных указанный комбинированный способ выведения приводит к энергетическому выигрышу. Энергетические затраты более чем в 2-5 раз меньше по сравнению с ракетодинамическим способом выведения на орбиты с высотами апоцентра меньше 60000 км для КА располагающих аэродинамическим качеством 0,6.

Полученные результаты имеют практическую значимость и могут быть использованы при исследовании планет и их спутников для дальнего космоса в баллистических центрах и научных центрах.

Ключевые слова:

космический аппарат, искусственный спутник Юпитера, оптимальное управление, энергозатраты, формирование спутниковых орбит

Библиографический список

  1. Авдуевский В.С., Антонов Б.М., Анфимов Н.А. и др. Основы теории полета космических аппаратов. – М.: Машиностроение, 1972. – 345 с.

  2. Андриевский В.В. Динамика спуска космических аппаратов на Землю. – М.: Машиностроение, 1970. – 235 с.

  3. Аппазов Р.Ф., Сытин О.Г. Методы проектирования траекторий носителей и спутников Земли. – М.: Наука, 1987. – 440 с.

  4. Иванов Н.М. Мартынов А.И. Движение космических летательных аппаратов в атмосферах планет. – М.: Наука, 1985. – 384 с.

  5. Иванов Н.М. Мартынов А.И. Управление движением космического аппарата в атмосфере Марса. – М.: Наука, 1977. – 415 с.

  6. Иванов Н.М., Мартынов А.И., Соколов Н.Л. Баллистико-навигационные аспекты проблемы торможения КА в атмосфере Юпитера // Космические исследования. 1979. Т. 17. № 1. С. 32 – 44.

  7. Иванов Н.М., Мартынов А.И., Соколов Н.Л. Оптимальное управление КА в атмосфере Юпитера // Космические исследования. 1980. Т. 17. № 3. С. 348 – 365.

  8. Иванов Н.М., Соколов Н.Л., Осокина О.А. Об эффективности использования двухпараметрического управления углами атаки и крена при спуске КА в атмосфере Земли // Космические исследования. 1998. Т. 36. № 5. С. 528 – 534.

  9. Казаковцев В.П., Корянов В.В., Зо Мин Тун. Коррекция траектории перехода космического аппарата на круговую орбиту спутника при использовании торможения в атмосфере в условиях неопределенности ее параметров // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. № 5. С. 38 – 46.

  10. Соколов Н.Л. Метод расчета приближенно-оптимальных траекторий движения космического аппарата на активных участках выведения на спутниковые орбиты // Труды МАИ. 2014. № 75. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49689

  11. Соколов Н.Л. Аналитический метод исследования оптимального управления КА при движении в атмосфере // Лесной вестник. 2015. № 3. C. 37 – 44.

  12. Соколов Н.Л. Анализ комбинированных способов формирования орбит искусственного спутника планет // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=69701

  13. Шкадов Л.М., Буханова Р.С., Илларионов В.Ф., Плохих В.П. Механика оптимального пространственного движения летательных аппаратов в атмосфере. – М.: Машиностроение, 1972. – 244 c.

  14. Эйсмонт Н.А. Оптимальное управление космическим аппаратом, переводимым с гиперболической траектории на орбиту спутника планеты торможением в атмосфере // Космические исследования. 1972. Т. 10. № 2. С. 290 – 292.

  15. Ярошевский В.А., Вэн Нгуен. Аналитические и полуаналитические методы исследования траекторий входа в атмосферу // Ученые записки ЦАГИ. 1997. Т. 28. № 3-4. С. 2 – 35.

  16. Allen A.Т., Eggers A.T. A study of the motion and aerodynamic heating of ballistic missiles entering the earth’s atmosphere at high supersonic speeds, NASA Rep., 1958, no. 1381, 16 p.

  17. Champan D.R. An Approximate analytical method for studying entry into planetary atmospheres. Technical Report NACA-TN-4276, Ames Aeronautical Laboratory, Calif., 1958, 103 p.

  18. David A. Spencer and Robert Tolson. Airobraking Cost and Risk Decisions // Journal of Spacecraft and Rockets, 2007, vol. 44, no. 6, pp. 1285 – 1293.

  19. Nachtsheim P.R., Tindle E., Howe J.T.J. Atmospheric entry into Jupiter’s atmosphere in view of recent flyby results // Journal of Spacecraft and rockets, 1976, vol. 13, no. 2, pp. 120 – 122.

  20. Vivian Martins Gomes, Antonio Fernando Bertachini de Almeida Prado, and Justyna Golebiewska. Dynamics of Space Particles and Spacecrafts Passing by the Atmosphere of the Earth // The Scientific World Journal, volume 2013, Article ID 489645, pp. 6, doi: 10.1155/2013/489645.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход