Диссертация (Метод обеспечения безопасного спуска пилотируемого КА при возникновении нештатной ситуации на любом этапе орбитального полета), страница 11

При этом моделировались следующие возмущения, влияющие наточность навигационной информации:·альманахи и эфемериды спутников GPS;·мощность и диаграммы излучаемых антенн спутников GPS;·влияние ионосферы на распространение сигналов спутниковГНСС;·расположение приемных антенн на КА и их диаграммынаправленности;·затенения сигналов спутников ГНСС;·погрешности эфемеридного обеспечения спутников ГНСС;·влияние круговой поляризации навигационного сигнала на входев навигационный приемник.76Результаты проведенного исследования показали, что при наличииугловых скоростей вокруг центра масс, основными факторами, влияющиминаточностьнавигационногосигнала,являютсязатенениесигналовспутников ГНСС и круговая поляризация навигационного сигнала.

Так какприорбитальномдвижениивлияниеэтихфакторовнаточностьнавигационной информации практически не ощущается отсюда можносделать вывод, что для обеспечения приемлемой точности работы АСН вусловиях наличия угловых скоростей при управлении ВА на атмосферномучастке спуска необходимо минимизировать влияние затенения и круговойполяризации навигационного сигнала на точность определения компонентвектора состояния ВА.Эту проблему можно решить путем использования несколькихприемных АФУ АСН.

Такая схема построения АСН реализована на ТГК типа«Прогресс М-М». И именно поэтому для проведения исследования точностинавигационнойинформации полученной от АСН был выбран ТКГ«Прогресс М-25М». Для анализа использовались навигационные данные,полученные при ориентации КА в режиме «закрутка на Солнце». Этоштатный режим автономного полета космических кораблей «Прогресс». Втакой ориентации КА совершает движение, близкое к стационарномувращению вокруг своей главной центральной оси максимального моментаинерции, отклонение которой от направления на Солнце не превосходитнескольких градусов.

Такое движение необходимо обеспечения непрерывнойоптимальной зарядки солнечных батарей. Начальные условия движения вэтом режиме – закрутка корабля с угловой скоростью 2.2 град/с вокругнаправленной на Солнце нормали к плоскости солнечных батарей [32, 33, 34,35]. С помощью анализа работы АСН при таком режиме ориентациипоявляется возможность оценки точностных характеристик навигационнойинформации применительно к обеспечению высокоточного спуска.77Навигационнаяинформация,полученнаяпослепредварительнойобработки, показана на рис. 4.2.1.4. Из-за наличия небольшого разрываданных, для оценки точности навигационной информации было построено 2аппроксимирующих полинома (4.2.1.1).x(t), км1801601401201008060402002340t, c235023602370238023902400241024002410Рис.

4.2.1.4 Данные АСН в режиме «закрутка на Солнце».Δx, м30201002340-1023502360237023802390-20-30-40-50-60-70-80Рис. 4.2.1.5 Оценка точности определения координаты Х (ГСК).t, c78Δy(t), м18016014012010080604020t, c023402350236023702380239024002410Рис. 4.2.1.6 Оценка точности определения координаты Y (ГСК).Δz(t), м2410240023902380237023602350t, c234042120,2342120,2342120,2342120,2342120,2342120,23Рис. 4.2.1.7 Оценка точности определения координаты Z (ГСК).42120,2442120,2479ΔVx, м/c0,180,160,140,120,10,080,060,040,02t, c023402350236023702380239024002410Рис. 4.2.1.8 Оценка точности определения скорости Vx (ГСК).ΔVy(t), м/сt, c042120,23-0,142120,2342120,2342120,2342120,2342120,23-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1Рис.

4.2.1.9 Оценка точности определения скорости Vy (ГСК)42120,2442120,2480ΔVz(t), м/сt, c042120,23-0,142120,2342120,2342120,2342120,2342120,2342120,2442120,24-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1Рис. 4.2.1.10 Оценка точности определения скорости Vz (ГСК)Результаты решения задачи определения точности навигационнойинформации представлены на рис. 4.2.1.4 - 4.2.1.10.Исходя из результатов анализа работы АСН в режиме «закрутка наСолнце» можно сделать вывод, точность информации о текущем положенииКА составила порядка 60-70 м, скорость движения центра масс определяласьс точностью порядка 15-20 см/с.Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что даже сучетом ухудшения точности навигации при наличии угловых скоростейсуществующую АСН можно использовать для обеспечения высокоточногоспуска, так как верхняя граница точности определения текущего положенияКА для терминальных алгоритмов наведения составляет 100м, а скоростьдвижения центра масс ВА должна определяться не хуже чем 1м/с.814.3Исследование вопросов оперативного получениянавигационной информации после прохождения участка экранированияВА плазмой.Еще одним необходимым условием работы алгоритма обеспечениябезопасного спуска перспективного пилотируемого космического корабля вслучаевозникновениянештатнойситуации,являетсявозможностьоперативного получения высокоточной навигационной информации послевосстановлениярадиосвязи соспутникамиГНССв концеучасткаэкранирования ВА плазмой.Цельюисследования вопросов доступности данных спутниковойнавигации являлась оценка общего числа видимых спутников для каждогосуточного витка и этапа спуска.

Исследования вопросов оперативногополучения навигационной информации проводились с целью выработкипредложений по динамической фильтрации выбираемыхнавигационныхспутников для обеспечения гарантированного получения высокоточнойнавигационной информации после выхода ВА из участка экранированияплазмой за минимальное время.Насегодняшнийдень,спутниковаянавигацияосновананаиспользовании принципа беззапросных дальномерных измерений междунавигационными спутниками и потребителем [37]. Потребителю передаетсяв составе навигационного сигнала информация о координатах спутников.Одновременно производятся измерения дальностей до навигационныхспутников.

Способ измерений дальностей основывается на вычислениивременных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению ссигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.На рис. 4.3.1 приведена схема определений местоположенияпотребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности дочетырех навигационных спутников.

Цветными яркими линиями показаны82окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностейсоответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям междуспутниками и потребителем. Цветные неяркие линии – это окружности срадиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаютсяот истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальностьотличается от псевдодальности на величину, равную произведению скоростисвета на уход часов b, т.е.

величину смещения часов потребителя поотношению к системному времени. Отсюда следует, что в общем случае длярешения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум,четыре навигационных спутника.Рис. 4.3.1 Схема определений местоположения потребителя83При проведении исследования вопросов оперативного получениянавигационной информации от спутников ГЛОНАСС применительно кспуску КА, одновременно решались две задачи: по актуальным эфемеридаммоделировалось движение всей системы ГЛОНАСС и вместе с этиммоделировалось движение ВА на всех этапах спуска (рис.

4.3.2).Рис. 4.3.2 Система ГЛОНАСС и ПТК НПДля каждого момента времени определялось количество видимыхнавигационных спутников, а для оценки информативности созвездийвычислялся угол места между ВА и видимыми спутниками ГЛОНАСС.Критерием, определяющим наличие или отсутствие радиовидимости междуКА и другим КА на орбите, является нахождение одного из спутников в тениЗемли (рис. 4.3.3).Так как метод обеспечения безопасного спускапредполагает наличие высокоточной навигации на любом этапе полетамоделирование спуска перспективного пилотируемого КА проводилось накаждом из 16 суточных витков полета.84Рис. 4.3.3. Условие радиовидимости двух КА.Напервомэтапеоценивалосьобщееколичествовидимыхнавигационных спутников в зависимости от витка полета (рис. 4.3.4).

Дляэтого на каждом шаге интегрирования систем дифференциальных уравненийдвижения КА (3.1.1, 3.14, 3.1.5) рассчитывался угол места γка между КА икаждым навигационным спутником ГЛОНАСС и проверялось условиевыхода навигационного спутника в тень Земли (4.3.1).≤≤ 360° −; (4.3.1)85з=гдека| || |=| |;+з| |;Как видно из рисунка 4.3.4, общее число видимых спутников системыГЛОНАСС для внеатмосферного участка спуска варьируется от 14 до 10 взависимости от номера суточного витка. Для сравнения, наземномупотребителю навигационной информации единовременно могут бытьдоступны от 6 до 8 спутников ГНСС.Число спутников в созвездии161412108Всего спутниковмин число спутников64200246810121416Номер суточного виткаРис.

4.3.4 Общее число видимых спутниковЕще одно существенное отличие использования АСН на орбите и наЗемле – это сложность в захвате сигнала от навигационного спутника. Этообусловлено высокой скоростью относительного движения космическихаппаратов, т.е. несмотря на то, что в поле зрения КА могут падать большееколичество спутников ГНСС, каждый спутник будет быстрее выходить изаходить за горизонт, чем для пользователя на Земле. Для примера: зона86видимостиспутникананизкойоколоземнойорбитесоставляетприблизительно 30 минут, а для наземного потребителя - порядка 6 часов.Перечисленные выше особенности работы АСН для обеспечениявысокоточной навигацией околоземных космических аппаратов, вместе свременными ограничениями в получении высокоточной навигационнойинформации после выходаопределяютнеобходимыеВА из участка экранирования плазмойначальныеусловиядлярешениязадачидинамической фильтрации выбираемых созвездий спутников ГНСС помаксимальномууглуместа.Дляминимизациивремениполучениянавигационной информации, АСН необходима априорная информация какминимум о четырех гарантированно видимых навигационных спутниках намомент возобновления радиосвязи.