Применение режима тактовой работы к двигательной установке для высокоточного орбитального маневрирования и переориентации космического аппарата

Авторы

Глушков А. В., Улыбышев С. Ю.^*

Центральный научно-исследовательский институт химии и механики, ул. Нагатинская, 16а, Москва, 115487, Россия

*e-mail: wardoc5@rambler.ru

Аннотация

В работе изложены возможности режима тактовой работы двигательной установки для эффективного решения задачи перемещения центра масс космического аппарата, а также управляемого вращения вокруг него. Рассматривается компоновка двигательной установки, состоящая из двух троек номинально равнотяговых жидкостных ракетных двигателей с противоположными направлениями результирующего вектора тяги, расположенных равномерно на окружности заданного радиуса. Указанное конструктивное решение позволяет эффективно расходовать топливо для перемещения центра масс в пространстве, а совместно с режимом тактовой работы, примененном для управления двигательной установкой, обеспечивает высокую точность выдачи импульса. При переориентации космического аппарата данный алгоритм позволяет совершать развороты и наведение выбранной оси в заданное направление, при этом минимизируя суммарное приращение характеристической скорости, приводящее к линейному перемещению центра масс, а также парирование нарастания кинетического момента по всем трем центральным осям аппарата.

Ключевые слова

космический аппарат, двигательная установка, жидкостной ракетный двигатель, алгоритм управления, режим тактовой работы, средний уровень тяги, парирование накопления кинетического момента

Библиографический список

1. Платонов В.Н. Одновременное управление движением центра масс и вокруг центра масс при маневрах космических аппаратов на геостационарной и высокоэллиптических орбитах с использованием электрореактивных двигателей // Космическая техника и технологии. 2013. № 1. С. 58 – 67.

2. Платонов В.Н. О возможности длительного поддержания ориентации геостационарного спутника без использования датчиков внешней информации и инерциальных датчиков // Космические исследования. 2009. Т.47. № 3. С. 263 – 270.

3. Бранец В.Н., Земсков Е.Ф., Ковтун В.С., Платонов В.Н., Шестаков А.В. Способ управления космическим аппаратом, снабженным реактивными двигателями с направленными под углом к осям связанного базиса и смещенными относительно центра масс аппарата линиями действия тяг, система для реализации способа, блок реактивных двигателей системы. Патент РФ № 2124461. Бюлл. № 1, 10.01.1999.

4. Ходненко В.П., Хромов А.В. Корректирующие двигательные установки для малого космического аппарата // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2009. Т. 109. № 4. С. 27 – 32.

5. Платов И.В., Симонов А.В. Константинов М.С. Выбор рационального варианта построения комбинированной двигательной установки и схемы полёта космического аппарата «ИНТЕРГЕЛИО-ЗОНД» // Вестник НПО им С.А. Лавочкина. 2015. № 4 (30). С. 31 – 36.

6. Лесневский В.А., Махова Л.И., Михайлов М.В. и др. Электрореактивная двигательная установка космического аппарата «Канопус-В» и ее огневые испытания // Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319. № 4. С. 144 – 147.

7. Попов Г.А., Константинов М.С., Петухов В.Г. Проектирование межорбитального перелета космического аппарата с маршевыми электроракетными двигательными установками // Вестник РФФИ. 2006. № 3(47). С. 16 – 19.

8. Синицын А.А. Исследование эффективности использования маршевой электроракетной двигательной установки для выведения космического аппарата на геостационарную орбиту // Космонавтика и ракетостроение. 2009. № 4 (57). С. 95 – 108.

9. Улыбышев Ю.П. Оптимизация межорбитальных перелетов с малой тягой при ограничениях // Космические исследования. 2012. Т. 50. № 5. С. 403 – 418.

10. Michael A. Paluszek, George E. Piper, Jr. Spacecraft Attitude And Velocity Control System. Patent US5130931A Grant, United States assignee – General Electric Company, US07552638 Expired – Lifetime, 1990.07.13. Inventor.

11. Улыбышев С.Ю. Математическая модель для режима тактовой работы жидкостного ракетного двигателя космического аппарата // XLI Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти С.П. Королева. Сборник тезисов конференции, (Москва, 24-27 января 2017). -М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. С. 408 – 409.

12. Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Управление многосопловой двигательной установкой космического аппарата с ограничением накопления кинетического момента // Научно-техническая конференция «Инновационные автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных исследований. Актуальные вопросы создания служебных и научных систем» Сборник трудов. (Анапа, 06-11 сентября 2015). – Химки, «НПО им. С.А. Лавочкина», 2015. С. 316 – 322.

13. Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Алгоритм управления многосопловой двигательной установкой космического аппарата с ограничением накопления кинетического момента // XL Всероссийские академические чтения по космонавтике. Тезисы докладов. (Москва, 26-29 января 2016). – М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, С. 355 – 356.

14. Гавриленко Т.С., Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Способ управления космическим аппаратом, снабженным многосопловой двигательной установкой / Патент РФ № 2610793. Бюлл. № 5, 15.02.2017.

15. Сирант А.Л., Титов Б.А. Исследование динамики космического аппарата с системой ориентации на базе двухкомпонентных жидкостных ракетных двигателей малой тяги // Вестник СГАУ, 2007. № 1 (12). С. 98 – 105.

16. Бранец В.Н., Ковтун В.С., Платонов В.Н., Шестаков А.В. Способ управления космическим аппаратом с помощью реактивных исполнительных органов и система для его реализации. Патент РФ № 2112716. Бюлл. № 16, 13.05.1997

17. Егорычев В.С., Сулинов А.В. Жидкостные ракетные двигатели малой тяги и их характеристики. – Самара: Изд-во СГАУ, 2014. – 128 с.

18. Богачева Д.Ю., Боровкин И.Н. Математические модели для расчета соотношения компонентов топлива в пристеночном слое камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги // Труды МАИ. 2014. № 73. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=48483

19. Беляев Е.Н., Воробьев А.Г., Гнесин Е.М. Разработка нелинейной математической модели жидкостного ракетного двигателя, работающего на стационарном режиме // Труды МАИ. 2014. № 73. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=48537

20. Глушков А.В., Улыбышев С.Ю., Гавриленко Т.С. Блок реактивных двигателей космического аппарата. Патент РФ № 170380. Бюлл. № 12, 24.04.2017.

21. Гавриленко Т.С., Глушков А.В., Городилов Ю.В, Улыбышев С.Ю., Храмов С.М. Способ огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей. Патент РФ № 2659411. Бюлл. № 19, 02.07.2018 – 11 с.

22. Мурашко В.М., Козубский К.Н., Вертаков Н.М., Корякин А.И. О научно-техническом сотрудничестве НПО имени С.А. Лавочкина и ОКБ «Факел». К 50-летнему юбилею космической деятельности НПО имени С.А. Лавочкина // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2015. № 3 (29). С. 32 – 36.

Скачать статью