4. Методы наведения и СУ сближением и причаливанием космических аппаратов (1245722), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

В этом случае управление сводится, главным образом, к поддержанию значения угловой скорости линии визирования у нулевых значений засчет составляющей a .Таким образом, для схемы обратного догона, так же как и для схемы прямого догона, имеем  2лв  0,(11) лв  2  лв  a . лучевая система координат не определена, когда век 3.2.

Рассмотреннаятор Vотн   . В этом случае удобно использовать другую ЛСК, определяемуюследующим образом: ось X луч направлена по вектору относительной дальности и получается в результате 2-х поворотов Эйлера некоторой исходной системы координат (Рис. 4); оси Yлуч , Z луч – новые оси исходной системы координатXYZ после 2-х поворотов.Рис.

4Уравнения движения в этой системе координат имеют вид:x  x 2лв  g x  a x , лв  g y  a y , 2 x  лв  xx x  лв  g z  a z ,(12)где  x ,  y , z – проекции угловой скорости ЛВ на оси рассматриваемой ЛСК.Данная система координат определена всегда при   0 . Однако при  900 ряд членов в системе (12) вырождается. Чтобы избежать этого, переходят к другой последовательности поворотов, т.е. первый поворот делается неотносительно оси Y , а относительно оси Z .Полученные уравнения относительного движения сближающихся КА впроекциях на оси различных систем координат служат основой для синтеза ряда алгоритмов управления при сближении.Рассмотрим некоторые из них.1.

Метод параллельного сближения.Метод параллельного сближения является самым простым с точки зренияаппаратурной реализации.Если в системе уравнений (10) пренебречь гравитационными членами, тодля режима свободного полета ( a  0 ) получим систему уравнений видаx  x2лв  0,2x  лв  x лв  0.

Измеряя на борту лв и осуществляя первый импульс коррекции такимобразом, чтобы обеспечить лв  0 , сводим относительное движение сближающихся КА к равномерному прямолинейному движению, описываемому уравнением x  0 .При соблюдении условия лв  0 линия визирования в инерциальномпространстве движется параллельно самой себе (Рис. 5).Рис.

5В идеальном случае для встречи КА необходимо в момент, когда x  0 ,приложить второй импульс коррекции для выравнивания скорости движенияобъектов. Однако в связи с погрешностями измерения и управления такая разомкнутая 2-х импульсная схема управления не может обеспечить необходимуюточность управления. Для этой цели синтезируется замкнутый алгоритм.Сущность функционирования системы управления сближением, реализующей такой алгоритм, поясняет рис. 6. Боковым  и продольным  движением управляют таким образом, чтобы изображающая точка все время находилась между линиями 1 и 2. Таким образом, к началу участка причаливанияобеспечиваются требуемые начальные условия, т.е. относительная дальность искорости сближения.Рис.

6Недостаток данного метода наведения при сближении – его неэкономичность по расходу топлива. Значительные энергетические затраты при управлении по данному методу объясняются тем, что при его обосновании никак неучитывались гравитационные силы. Это приводит к тому, что в процессе сбли-жения при обнулении угловой скорости линии визирования вектор управляющего ускорения может быть направлен против вектора гравитационного ускорения и будет проводиться бесполезная работа.2. Метод свободных траекторийКогда управляющее ускорение сравнимо по величине с относительнымгравитационным ускорением и время сближения велико (около периода обращения кораблей по орбите), для экономии топлива необходимо при разработкесистемы управления сближением использовать алгоритмы, в которых учитывается гравитация.

Рассмотрим один из таких алгоритмов.На основании решения уравнения (3) могут быть получены расчетные соотношения для определения управления при двухимпульсном сближении КА.Первый импульс в этом случае обеспечивает совмещение координат объектов взаданное время, второй – уравнивает скорости движения.Используя ОСК, центр которой совпадает с центром масс пассивного КА,расчетные соотношения для требуемых скоростей относительного движения,обеспечивающие сближение за время T , имеют следующий вид:x 0 sin 0 T  y 0 [60 T sin 0 T  14(1  cos 0 T)],30 T sin 0 T  8(1  cos 0 T)2x 0 (1  cos 0 T)  y 0 [4 sin 0 T  30 T cos 0 T)] (13)y тр  0, 30 T sin 0 T  8(1  cos 0 T)cos 0 Tz тр  0 z 0,sin 0 Tгде 0 – орбитальная угловая скорость пассивного КА; x 0 , y 0 , z 0 – начальныеотносительные координаты.Требуемое приращение скорости находится как разность требуемой и истинной скорости.Выбирая величину времени сближения T, этап сближения можно оптимизировать по расходу топлива.

Для реализации этих алгоритмов кроме радиотехнической системы изменения параметров относительного движения на бортутакже необходимо иметь построитель орбитальной системы координат. Расчеты показывают, что расход топлива при сближении с дальности 20 км при использовании соотношений (13) уменьшается по сравнению с методом параллельного сближения примерно в 1,5 раза.При использовании метод свободных траекторий, СУСБ чувствительна кпогрешности измерений параметров относительного движения, особенно скорости.Соотношения (13) пригодны для орбит, близких к круговым ( e  0,05 ), ирасстояний между сближающимися объектами не более 100 км.

Для большихэксцентриситетов используются соотношения, полученные при решении системы уравнений (6).x тр  04. Основные особенности и назначение режима сближениятранспортного корабля с орбитальным комплексомПри сближении в условиях космического пространства динамика транспортного корабля (ТК) и орбитального комплекса (ОК) может быть представлена в виде двух независимых движений: вращения каждого из космических аппаратов вокруг своего центрамасс; относительного движения центров масс ТК и ОК.Поэтому управление включает в себя: управление движением каждого космического аппарата вокруг егоцентра масс (управление ориентацией); управление относительным движением центров масс космическихаппаратов (управление относительной траекторией сближения).На практике, в процессе сближения ОК движется по известной орбите иподдерживает заданную ориентацию.

Поэтому ОК называют пассивным кораблем (ПК). На транспортный корабль, который является активным кораблем(АК), возлагается задача маневрирования, то есть управление движением центра масс ТК и ориентацией. Поэтому для реализации сближения ТК с ОК в системе управления движением (СУД) ТК предусмотрен режим сближения (СБ).Назначение режима сближения. Режим сближения транспортного корабля "Союз-ТМ" предназначен для решения следующих задач: выбор оптимальной траектории сближения ТК с ОК, исходя из минимального расхода топлива на ее реализацию; организация управления движением ТК по выбранной траекториисближения; обеспечение автоматического или ручного облета к заданному стыковочному узлу ОК, зависания напротив него, причаливания с параметрами относительного движения, обеспечивающими нормальнуюработу стыковочного механизма; обеспечение автоматического контроля за состоянием системыуправления движением ТК в режиме сближения.

При возникновенииотказов осуществляется автоматическое переключение на исправныеприборы; выдача информации экипажу о прохождении режима сближения, параметрах относительного движения и отказах СУД ТК; обеспечение автоматического или ручного увода ТК от ОК приналичии опасности столкновения.Наряду с решением возлагаемых задач СУД ТК в режиме СБ, как и любаясистема управления, должна удовлетворять следующим требованиям: минимальный расход топлива на сближение; высокая точность управления ТК; простота программного обеспечения и приборной реализации; минимальная масса, габариты и энергопотребление системы; высокая надежность системы; безопасность процесса сближения.Кроме того, следует отметить, что для обеспечения контроля прохождения режима сближения и оперативного вмешательства ЦУПа в управление ТКпри возникновении нештатных ситуаций (НшС) на ответственных этапах сближения (облет, зависание, причаливание, стыковка) желательно, чтобы эти операции выполнялись на свету в сеансах связи, то есть в зонах видимости наземных измерительных пунктов.

Но сеансы связи возможны только в определенные интервалы времени, обусловленные географическим расположениемназемных измерительных пунктов и прецессией орбиты, вследствие суточноговращения Земли. Поэтому необходимо создать такое управление транспортнымкораблем в режиме сближения, чтобы вывести его в окрестность ОК (относительная дальность менее 1 км) к заданному моменту времени, обеспечивающему надежную и продолжительную связь с ЦУПом и благоприятную светотеневую обстановку на этапах облета, причаливания и стыковки.Назначение системы, требования к ней и ограничения по времени с учетом светотеневой обстановки определяют принципы управления транспортнымкораблем и принципы построения СУД ТК в режиме сближения.5.

Принцип управления ТК в режиме сближенияТак как требования к системе управления сближением противоречивы, тоудовлетворить их полностью невозможно, ибо нельзя подобрать такой методнаведения на цель, для управления транспортным кораблем, который бы обеспечивал одновременное выполнение всех требований к системе.Поэтому на практике весь процесс сближения делится на два участка: дальний участок (ДУ), задача которого вывести ТК в район нахождения ОК по оптимальной траектории сближения, то есть с минимальными затратами топлива; ближний участок (БУ), задача которого обеспечить управление с заданной точностью ориентацией и движением центра масс ТК к выбранному стыковочному узлу и мягкий контакт при стыковке.Исходя из вышеперечисленных соображений, для транспортного корабляДУ сближения реализуется по методу свободных траекторий, а БУ - по модифицированному методу наведения по линии визирования (здесь под линией визирования (ЛВ) принимается линия, соединяющая центры масс сближающихсяобъектов).5.1.

Наведение по методу свободных траекторийМетод свободных траекторий учитывает орбитальное движение КА в поле тяготения Земли. Он позволяет осуществить переход транспортного корабляс орбиты ожидания в окрестность ОК с помощью многоимпульсного маневра,который состоит из участков баллистического (свободного) движения КА в поле тяготения и управляемого (при включенной двигательной установке) движения ТК. Направление, величина и моменты выдачи этих корректирующий импульсов рассчитываются из условия попадания в конечном счете в окрестностьОК.Следует отметить, что время выдачи корректирующий импульсов оченьмало по сравнению с временем свободного движения ТК.

Характеристики

Список файлов лекций