Диссертация (Метод обеспечения безопасного спуска пилотируемого КА при возникновении нештатной ситуации на любом этапе орбитального полета), страница 14

Так как структура представления зависимостей аэродинамическиххарактеристик от числа маха во многом похожа на структуру данныхэлектронной карты, программная реализация извлечения информации потакой структуре была полностью скопирована с задачи полученияаэродинамическихкоэффициентовСАТПК«СоюзТМА-М».Классификаторы всех достижимых районов посадки представлены в видедвумерного массива, а значения возможных широт и долгот посадкипредставляют собой два одномерных массива с шагом в 0.1°.

При этомпорядковые номера индексов массива широт, соответствуют порядковымномерам строк матрицы классификаторов, а порядковые номера долготпосадки соответствуют номерам столбцов классификаторов. Для извлечения106данных о классификаторе точки посадки,сначала необходимо провестипоиск индексов ближайших по значению широте и долготе, а затем извлечьданныеиздвухмерногомассивасогласнонайденныминдексам.Программная реализация базы данных электронной карты всех достижимыхрайонов посадки [4] представлена на рис.

5.2.3. Из представленнойструктуры данных видно, что разным космическим аппаратам могутсоответствовать различные электронная карта, выбор которых зависит отхарактеристик целевой орбиты конкретного КА.Рис. 5.2.3. Структурная схема базы данных электронной карты.Данные о классификаторах всех районов посадки представлены втаблице Digital Map (табл. 5.2.2)107Табл. 5.2.2 Данные о районах посадки.Имя столбцаId_MatrSpacecraftInitDataIdMap5.3Тип данныхintintvarbinary(MAX)ОграниченияUncheckedUncheckedUncheckedСинтез алгоритма выбора наиболее безопасной траекторииспуска.Для решения задачи обеспечения безопасного завершения космическойэкспедиции при возникновении нештатной ситуации за минимальновозможное время, кроме исходных данных о районах посадки, хранящихся ввиде электронной карты, необходима разработка алгоритма поиска наиболеебезопасной траектории спуска, основанного на данных разработаннойэлектронной карты.

При синтезе алгоритма необходимо решить следующиезадачи:· разработатьлогикуработыалгоритмавыборанаиболеебезопасной траектории спуска в зависимости от располагаемоговремени между возникновением нештатной ситуацией и включениемДУ на торможение;· разработать алгоритм поиска прицельной точки на электроннойкарте исходя из маневренных возможностей ВА и заданных требованийк району посадки;· рассмотреть вопросы использования алгоритма выбора наиболеебезопасной траектории спуска в бортовом контуре управленияперспективного КА.1085.3.1 Описаниеработыалгоритмавзависимостиотрасполагаемого времени безопасного существования пилотируемого КАна орбите.Если в процессе контроля полета выявляется отклонение от нормы всостоянии или в функционировании КА экипаж совместно со специалистамиоперативного контура управления подготавливают и принимают решение одействиях по ликвидации возникшей нештатной ситуации.

При этом впервую очередь оценивается время до наступления критической фазынештатной ситуации, то есть до возникновения необратимых негативныхпоследствий, влекущих утрату части функций КА или его жизнеспособности,или нарушение безопасности экипажа [40, 41, 42]. При этом, как правило,реализуется следующая последовательность действий:· определение располагаемого времени;· сбор и анализ всей необходимой информации о выявленнойнештатной ситуации;· выдвижение и проверка гипотез по возникшим нештатнымситуациям;· разработка программ действий по выходу из нештатнойситуации;· реализация программы по выходу из нештатной ситуации.В случае, когда нештатную ситуацию невозможно оперативнопарировать для сохранения жизни и здоровья экипажа принимается решениео срочном завершении космической экспедиции. Варианты спуска и посадкипри возникновении такой нештатной ситуации зависят от запаса временибезопасного существования пилотируемого КА на орбите.

Основная задачаалгоритма выбора наиболее безопасного варианта спуска – обеспечитьгарантированное возвращение экипажа на Землю с минимальным ущербомздоровью и за минимально возможное время между возникновениемнештатной ситуации и посадкой на Землю. Как видно из постановки, это109многокритериальная задача. С одной стороны алгоритм должен обеспечиватьприземление ВА в приемлемый по безопасности полигон, а с другой сторонынеобходимо решить задачу выбора наиболее безопасного варианта спуска вусловиях острого дефицита времени на ожидания условий попадания вблагоприятный район посадки. Для решения этой задачи в алгоритме выборанаиболее безопасного варианта спуска (рис. 5.3.1) существует возможностьнастройки работы в зависимости от запаса времени между возникновениемнештатной ситуации и включением двигательной установки на торможение.Рис.

5.3.1 Алгоритм выбора наиболее безопасного варианта спуска КА110Алгоритм,обеспечивающийрешениезадачивыборанаиболеебезопасной траектории спуска, концептуально состоит из следующих задач:· выбора приемлемой по безопасности прицельной точки исходя изтекущего положения КА на орбите (1.4.1) и заданного значенияфункции (, );· расчета параметров номинальной попадающей траектории (3.1.4)в выбранную точку.При работе алгоритма, в первую очередь, оценивается располагаемоевремя до включения двигательной установки на спуск. Если этого временихватает на осуществление спуска и посадки в штатный полигон, то значениеk функцииштатных(, ) задается равным десяти, что означает выбор толькополигоновдлярешениязадачиприцеливания,испускосуществляется по штатной схеме.

Если же располагаемого временинедостаточно, тогда просчитываются два варианта завершения полета,например: для k = 4 – менее безопасный, но более быстрый и для k = 7 –менее быстрый, но более безопасный. В случае если рассчитанные временавключения двигательной установки для этих вариантов совпадают, топроисходит расчет параметров номинальной попадающей траектории, еслиже нет, то решение о варианте спуска принимает экипаж.5.3.2 Синтез алгоритма выбора номинальной траектории спуска,обеспечивающей приземление экипажа в благоприятном районе.Задача поиска прицельной точки, отвечающей требованиям побезопасности и минимальному времени между возникновением нештатнойситуации и посадкой экипажа на Землю, состоит из 4-х этапов:· поиск долготы прицеливания;· расчет времени включения ДУ для посадки в выбранную долготу;· поиск прицельной широты;· уточнение времени включения ДУ для посадки в выбранную точку.111Каждый их 4-х этапов решения задачи поиска прицельной точкизависит от текущего положения КА на орбите.

Так как для ПТК НП, такжекак и для ТПК «Союз ТМА-М» при возникновении нештатной ситуациипредусмотрены штатные полигоны срочного спуска, поиск прицельной точкидля алгоритма выбора наиболее безопасного варианта спуска, проходит винтервалемеждувозникновениемнештатнойситуацииизаранеерассчитанным на Земле временем включения ДУ (зеленый участоктраектории на рис. 5.3.2).Рис.

5.3.2 Схема пилотируемого спускаСхематично алгоритм поиска прицельной точки при возникновениинештатной ситуации представлен на рис. 5.3.3. Изначально, задачи выбораприцельной долготы и расчета времени включения ДУ для попадающейтраектории решались одновременно, путем последовательного измененияшага по времени включения двигателя на величину шага измененияклассификатора в электронной карте. Так как при таком подходе каждый разприходилось просчитывать полную траекторию спуска (3.1.4) время решениязадачи выбора только прицельной долготы могло доходить до несколькихминут, что неприемлемо для работы в оперативном контуре управления.

Для112ускорения поиска прицельной долготы, было принято допущение, чтоманевренных возможностей ПТК НП хватает только для осуществленияспуска в пределах трассы полета. После этого появилась возможностьразделить задачи поиска прицельной долготы и расчета времени включенияпопадающейтраектории.Сначаларешаласьзадачапрогнозированиядвижения центра масс КА (3.1.1) и на ее основе в первом приближенииопределялиськоординатыприцельнойточкипосадки.Послеэтогорассчитывалось время включения ДУ, обеспечивающее спуск ВА ввыбранную долготу прицельной точки.Рис.5.3.3 Алгоритм поиска прицельной точки113ПослерешениязадачирасчетавременивключенияДУ,обеспечивающего приведение ВА в выбранную долготу района посадки,необходимо определить окончательные координаты прицельной точки сучетом реальных маневренных возможностей перспективного КА.Следовательно, задача поиска прицельной широты точки посадкиразбивается на две подзадачи:· построение зоны маневра для выбранного времени включениядвигательной установки на спуск;· поиск приемлемой по безопасности точки прицеливания внутризоны маневра.При решении задачи поиска прицельной широты точки посадки, зонаманевра строится только один раз на высоте входа в атмосферу.