Автореферат (Проектирование траекторий межпланетных перелетов КА с электроракетной двигательной установкой с учетом нештатного временного выключения двигателя), страница 6

Важной особенностью траектории является то, что последнимучастком является активный участок весьма большой продолжительности. Какпоказано в предыдущей главе, чтобы парировать возмущения от возможногонештатного выключения двигателя на последнем активном участке в концетраектории необходимо ввести пассивный участок. Длительность этого участка естьважный выбираемый параметр при нахождении модернизированной (новой)номинальной траектории перелета.Анализ требований при парировании возможного нештатноговыключения ЭРДУ на номинальной траектории c дополнительным пассивнымучастком в конце траектории перелетаРассмотрим возможность парировать возможное выключение ЭРДУ за счетвыбора достаточно длительного пассивного участка (10, 15, 20, 25 суток) в концегелиоцентрического перелета Земля - Земля. Для каждого варианта длительностипассивного участка находится новая номинальная траектория.

Проводится анализкаждой из 4-ёх новых номинальных траекторий. Будем считать, что предельнодопустимая масса истраченного на перелет топлива ЭРДУ равна 490 кг.Структура управления на всех рассмотренных новых номинальныхтраекториях оказалась одинаковой: четыре пассивных участка разделенных тремяактивными участками.

Каждый из трех активных участков равномерно по времениразбивается на 20 сегментов. Дата прохождения КА каждой начальной точкиполученных сегментов (ti , i=1…60) рассматривается как возможная датанештатного выключения двигателя. Для каждой такой даты рассматривается 10значений возможных продолжительностей нештатного выключения двигателя (dtj,j=1…10) от 0.5 суток до 5 суток с шагом 0.5 суток. Для каждой пары значений ti, dtjрешается «оптимизационная возмущенная задача».Длительность последнего пассивного участка (tpas) варьировалась в диапазоне0 до 25 суток. Анализ показал, что при увеличении этой длительности монотонноувеличивается предельно допустимая продолжительность выключения двигателя(до 4 суток при tpas= 25 суток).

При этом монотонно растет требуемая масса ксенона(507 кг при tpas= 25 суток). Для обеспечения требований по максимальному запасутоплива (490 кг) и достаточно большой конечной массе КА считаем, чтодлительность последнего пассивного участка равна 15 суток. При этом массатребуемого топлива равна 474.76 кг, а предельно допустимая продолжительностьвыключения двигателя равна 1.9 суток. Желательно увеличить этупродолжительность для уменьшения рисков, связанных с реализацией траекторииперелета.Анализ требований при парировании возможного нештатноговыключения ЭРДУ на номинальной траектории c двумя дополнительнымипассивными участкамиОсновные проблемы с парированием нештатного выключения двигателявозникают на третьем (последнем) активном участке гелиоцентрического перелетаЗемля - Земля. Поэтому для увеличения предельно допустимой продолжительностинештатного выключения двигателя введем ещё один дополнительный пассивныйучасток на этом самом сложном, с точки зрения парирования возмущений отнештатного выключения двигателя, участке траектории.21Важно отметить следующее.

Казалось бы, что введение дополнительногопассивного участка на третьем активном участке увеличит число активных ипассивных участков на единицу. Но этого не произошло. Изменилась структураоптимального управления. Пропал пассивный участок, расположенный ранее винтервале 190…210 суток. Поэтому на новых номинальных траекториях со вторымдополнительным пассивным участком, оказалось четыре пассивных участка,разделенных тремя активными участками.Начало дополнительного пассивного варьировалось в диапазоне от 570-ых до660-ых суток полета.

Максимальная его длительность считалась равной 5 суток. Сточки зрения допустимой продолжительности нештатного выключения двигателянаилучшим вариантом оказался вариант с пассивным участком на временноминтервале 655 - 657.7 суток. В этом варианте на первом активном участке удаетсяпарировать возмущения от нештатного выключения двигателя длительностью более5 суток. На втором и третьем активных участках максимально допустимаяпродолжительность нештатного выключения двигателя 2.8 суток. В этом случаетребуемая масса ксенона равна 482.7 кг, конечная масса КА 1634.0 кг.На рисунке 2 показаны изолинии требуемой массы топлива для третьегоактивного участка. Длительность этого активного участка достаточно мала - 11.17суток.

Анализ изолинии, соответствующей требуемой массе топлива равной 490 кг,показывает, что критичной для рассматриваемого активного участка является егоначальная точка. Предельно допустимое время нештатного выключения двигателя вней немного больше 2.8 суток.Рисунок 2 - Изолинии требуемой для гелиоцентрического перелета Земля - Землямассы топлива [кг] на плоскости: дата нештатного выключения двигателя [сутки,отсчитывается от даты старта] - продолжительность нештатного выключениядвигателя [сутки].

Третий активный участок.Для рассмотренной транспортной задачи нахождение новой номинальноймежпланетной траектории КА с дополнительными двумя пассивными участкамипозволило увеличить допустимое нештатное выключение ЭРДУ до 2.8 суток влюбой точке траектории перелета.22ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫВ работе предложен подход к проектированию траекториимежпланетного перелета КА с ЭРДУ с учетом возможности парированиявозмущения траектории, связанного с нештатным выключением ЭРДУ в любойточке любого активного участка траектории на геоиоцентрическом перелете.Получены оценки допустимой продолжительности нештатноговыключения ЭРДУ для рассматриваемых ранее программных траекторий. Сделанвывод о целесообразности корректирования номинальных траекторий дляувеличения допустимого времени нештатного выключения двигателя.Предложены два пути корректировки проектируемых траекторий.

Ониоснованы на увеличении длительности пассивного участка в концегелиоцентрического перелета и на введении одного или нескольких дополнительныхпассивных участков в середине гелиоцентрического перелета. Предложеновыбирать характеритики дополнительных пассивных участков (их положения натраектории и длительности) по критерию максимума допустимого временинештатного выключения ЭРДУ с учетом ограничения сверху требуемого запасатоплива и ограничения снизу величины конечной массы КА.Разработан метод оптимизации траекторий с учетом требований попарированию возмущений, вызываемых временным нештатным выключениемдвигателя.Выполнено проектирование траектории перелета к Венере, дляобеспечения у неё последовательности гравитационных маневров, переводящих КАна систему гелиоцентрических орбит с относительно низким перигелием и большимнаклонением к плоскости эклиптики.

Рассматривалась транспортная система на базеракеты-носителя Союз-2, химического разгонного блока Фрегат и ЭРДУ с 2-мядвигателями типа RIT22. Показано, что введение двух дополнительных пассивныхучастков ( первый на 460-460.5 сутках полетов, второй на 510-515 сутках полетов) содновременным увеличением длительности последнего пассивного участка до 55суток позволяет получить траекторию, на которой допускается нештатноевыключение двигателя длительностью до 7.92 суток в любой точке траекторииперелета.Выполнено проектирование траектории перелета к Юпитеру ссолнечной электроракетной двигательной установкой с анализом возможностинештатного выключения ЭРДУ.

Рассматривалась транспортная система на базеракеты-носителя Союз-2, химического разгонного блока Фрегат и ЭРДУ с 3-мядвигателями типа RIT22. Рассматривалась схема перелета с одним гравитационнымманевром у Земли. Показано, что можно увеличить допустимое нештатноевыключение ЭРДУ до 2.8 суток в любой точке траектории перелета, если ввести двадополнительных пассивных участка (первый на 655-657.5 сутках полета, второйдительность 15 суток при подлете к Земле для гравитационного маневра у неё).23СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.

Нгуен, Д.Н. Оптимизация межпланетной траектории с учетом возможностипарирования возмущений, связанных с временным нештатным выключениемдвигателя / М.С. Константинов, Д.Н. Нгуен // Электронный журнал «Перспективынауки». — 2014. — № 12. — С. 101-108. — Режим доступа:http://moofrnk.com/assets/files/journals/science-prospects/63/science-prospect-12(63)content.pdf2. Нгуен, Д.Н. Анализ баллистических возможностей парирования возмущений,связанных с временным нештатным выключением ЭРДУ / М.С.

Константинов, Д.Н.Нгуен // Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». — 2015. — № 2. — Режимдоступа: http://vestnik.laspace.ru/archives/02-2015/.3. Нгуен, Д.Н. Оптимизация траектории КА с ЭРДУ к Юпитеру с гравитационнымманевром в рамках задачи трех тел / М.С. Константинов, Д.Н. Нгуен // Электронныйжурнал «Труды МАИ». — 2014. — №72. — Режим доступа:http://www.mai.ru/publications/index.php?ID=47349.4. Нгуен, Д.Н.