4. Методы наведения и СУ сближением и причаливанием космических аппаратов (1245722), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Этот этап заканчивается соприкосновением стыковочных узлов.На этапе стыковки производится окончательное соединение перехватчика и цели, в результате которого на их относительно движение налагаются некоторые механические связи. В предельном случае, когда осуществляетсяжесткое конструктивное соединение корпусов перехватчика и цели, они превращаются в единый составной КА.После осуществления стыковки выполняются задачи, для которых былапредназначена встреча на орбите, а затем перехватчик может вернуться, еслиэто надо, на Землю.Для выведения перехватчика в зону встречи, сближения, причаливания истыковки с целью необходим комплекс наземных и бортовых систем, основнойиз которых является система управления полетом перехватчика. Эта системасостоит из:1.

Системы управления ориентацией.2. Системы наведения.Система управления ориентацией - группа бортовых устройств перехватчика, обеспечивающих требуемую ориентацию его осей в пространстве. Внее входят измерительные устройства, определяющие угловые отклонения осейперехватчика от направлений, фиксированных в пространстве, и скорости изменения этих отклонений, а также усилительно-преобразовательные, вычислительные и исполнительные органы.Система наведения управляет движением ц.м. перехватчика, используяизмерительную информацию от навигационной системы.

Обработка этой информации и выработка сигналов наведения в соответствии с принятым методомнаведения осуществляется усилительно-преобразовательными и вычислительными устройствами. Сигналы наведения при помощи системы управления ориентацией и ДУ преобразутся в управляющие ускорения или силы.

Обработканавигационной информации и выработка сигналов наведения могут происходить на борту перехватчика (при автономном наведении или самонаведении),на Земле или на цели, если, например, цель - космическая станция стационарного типа (при наведении по командам). В этом случае в состав системы наведения входят радиоканалы для передачи информации и сигналов наведения.Метод наведения - правило (алгоритм), по которому определяются величина и направление управляющего ускорения в зависимости от текущих параметров движения (или начальных параметров движения и времени) перехватчика и цели.Управляющими силами обычно являются реактивные силы, создаваемыеодним или несколькими ДУ, а при полете в достаточно плотных слоях атмосферы - аэродинамические.На каждом перехватчике имеются двигателя для создания ускорений,направленных вперед и назад вдоль его продольной оси.

При помощи этих продольных ДУ корректируется орбита (изменяя величину скорости полета) привыведении перехватчика в зону встречи, производится торможение перехватчика при сближении и причаливании, а также торможение при входе в атмосферу во время спуска на Землю.В зависимости от способа создания управляющих ускорений может применяться один из следующих вариантов расположения двигателей, создающихуправляющие силы, т.е. конструктивных схем КА.I. ДУ состоит только из продольных реактивных двигателей, тяга которых при повороте перехватчика вокруг какой-либо поперечной оси дает составляющие в нужных направлениях.II.

ДУ, кроме продольных, содержит поперечные двигатели, создающиесилы тяги только вдоль одной из поперечных осей перехватчика; при этом длясоздания нормальной силы в любом направлении аппарат вращается вокругпродольной оси.III. В ДУ дополнительно к продольным имеются поперечные двигатели,создающие тяги вдоль каждой из двух поперечных осей перехватчика и, следовательно, нормальную силу в любом направлении.От схемы ДУ перехватчика зависит характер взаимодействия между системами наведения и управления ориентацией.Когда нормальные ускорения создаются продольными двигателями приповороте перехватчика вокруг поперечных осей, ориентация продольной оси всистеме координат, в которой производится управление полетом, осуществляется по сигналам системы наведения.

При этом для упрощения системы управления полетом ось перехватчика обычно совмещается с координатной плоскостью и далее удерживается в ней, для чего осуществляется стабилизация углакрена.При втором варианте продольная ось перехватчика во время полетанепрерывно ориентируется в каком-либо заданном направлении, например, полинии визирования цели, а ориентация оси, вдоль которой создаются поперечные управляющие ускорения, определяется сигналами системы наведения.Если поперечные ускорения создаются по двум осям перехватчика, тоориентация его осей не зависит от сигналов системы наведения и создается так,чтобы линии действия сил тяги двигателей были направлены по осям системыкоординат, в которой производится управление полетом.2. Методы наведения при сближенииВсе методы управления сближением в зависимости от ограничений,накладываемых на динамическую модель относительного движения ц.м.

КА,можно разделить на следующие основные группы:- методы, основанные на исследовании законов орбитального движенияКА по кеплеровым орбитам;- методы, использующие информацию о положении линии визирования,т.е. линии, соединяющей ц.м. аппаратов;- методы асимптотического и экспоненциального управления.К первой группе методов управления сближением относятся методы, использующие полную информацию о параметрах орбитального движения аппаратов. В этом случае полностью известна опорная орбита цели и возможен выбор некоторой упрежденной точки встречи с полной достоверностью. Тогда,исходя из обеспечения минимума энергетических затрат, либо из тактическихсоображений, назначается время и место встречи и определяется траекторияполета перехватчика.При решении задачи межорбитальных перелетов для вычисления орбитыКА используют Метод Гаусса, либо уравнение Эйлера-Ламберта.Поскольку при применении методов первой группы не накладывается никаких ограничений на вектор относительного положения ц.м.

КА, т.е. на видсамой траектории, то основную часть траектории сближения КА в этом случаепредставляют собой участки свободного орбитального движения, а выполнениезаданных конечных условий обеспечивается последовательной коррекцией траектории орбитального движения. В процессе коррекции движения ц.м. КАпредполагается, что управляющие воздействия прикладываются в определенные моменты времени, а также имеет место импульсный характер действия тяги двигателей.Таким образом, методы сближения, основанные на использовании законов орбитального движения, сводятся к методам импульсной коррекции.

Приреализации импульсных методов управления сближение аппаратов и конечноевыравнивание скоростей достигается за счет приложения отдельных импульсовтяги, величина которых рассчитывается на основании данных измерений параметров относительного движения КА.Наиболее известным и простым из импульсных методов является методсвободных траекторий, при котором каждый из корректирующих импульсовопределяется из условий сближения КА с целью через некоторое время свободного полета.Частным случаем метода свободных траекторий является двухимпульсныйметод сближения, при реализации которого скорость ц.м.

КА в случае идеального управления изменяется двумя программными импульсами тяги. Первыйимпульс прикладывается в начале маневра и ликвидирует рассогласования подальности, т.е. обеспечивает прохождение траектории КА через заданную точкувстречи в заданное время. Второй импульс прикладывается в конце маневрасближения и ликвидирует рассогласование по скорости в момент встречи.Преимущество этого метода заключается в том, что в большинстве случаев он является энергетически оптимальным, т.е.

обеспечивает минимальныйрасход топлива по сравнению с другими методами сближения.Основным недостатком двухимпульсного метода сближения являетсянеизбежность ошибок при определении величины и направления первого корректирующего импульса, которые могут привести к значительному промаху.Эти ошибки определяются погрешностями измерительных и вычислительныхсредств, неточным знанием параметров орбиты КА, ошибками исполнения команд и корректирующих импульсов и т.д.В связи с этим требуемая точность сближения не может быть обеспеченабез проведения дополнительных промежуточных коррекций, что приводит кнеобходимости реализации многоимпульсного метода сближения.

В частности,такой метод был реализован на американском КА “Аполлон”.Ко второй группе методов управления сближением относятся методы,использующие неполную информацию о параметрах опорной орбиты. В этомслучае наведение перехватчика производится не в заданную, а в мгновеннуюточку встречи.К методам второй группы относятся методы, использующие информациюо положении линии визирования.

Для этих методов управление движением ц.м.перехватчика производится по текущей информации о параметрах относительно движения:- относительной дальности,- скорости изменения относительной дальности,- угловой скорости вращения линии визирования.Наиболее простым и легко реализуемым методом, позволяющим осуществить движение КА в мгновенную упрежденную точку встречи, является метод управления, при выполнении которого вектор относительной дальности присближении не меняет своего направления в пространстве, а вектор относительной скорости все время направлен вдоль вектора относительной дальности.Этот метод называется методом параллельного сближения. При управленииКА по этому методу значение угловой скорости линии визирования поддерживается близким нулю (или равным нулю при идеальном управлении) относи-тельно инерциальной базисной системы координат, либо относительно орбитальной системы координат.К этой же группе относится метод пропорционального наведения, при котором угловая скорость вращения вектора относительной скорости КА пропорциональна угловой скорости линии визирования.

Характеристики

Список файлов лекций