4. Методы наведения и СУ сближением и причаливанием космических аппаратов (1245722), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Таким образом, траектория сближения состоит из участков свободного движения ТК, в точках сопряжения которых выдаются корректирующие импульсы. Отсюда и вытекаетназвание метода наведения.Для ТК наведение на цель методом свободных траекторий предусматривает следующие схемы сближения с ОК:- двухимпульсную;- трехимпульсную.1.

В случае двухимпульсной схемы построение траектории сближенияосуществляется с помощью 2-х импульсного маневра (см. рис. 1), гдеимпульс V1 предназначен для построения орбиты перехвата, котораяобеспечивает попадание ТК в окрестность ОК к заданному моменту времениТзад;импульс V2 предназначен для выравнивания орбитальных скоростей ТКи ОК.Рис. 12. В случае трехимпульсной схемы траектория сближения представляетсобой биэллиптический переход, реализуемый тремя корректирующими импульсами V1, V2, V3 (см. рис. 2).При этом:импульс V1 прикладывается на орбите ожидания для перевода ТК навнутреннюю эллиптическую орбиту перехода;импульс V2 - предназначен для осуществления перехода ТК в окрестность ОК к заданному моменту времени Тзад;импульс V3 - необходим для выравнивания орбитальных скоростей ТК иОК.Рис. 25.2.

Наведение по линии визирования (ЛВ)Так как метод наведения по ЛВ не учитывает законы орбитального движения космических аппаратов, следовательно, пои сближении по этому методуневозможно спрогнозировать относительное движение ТК и ОК, и предвидетьпоследствия управляющих воздействий достаточно точно даже на сравнительнонебольших интервалах времени. Поэтому на траекторию СБ накладываютсяограничения (см. рис. 3).Вектор относительной скорости сближения Vотн должен быть направленстрого по ЛВ:Vотн=Vтк - Vок,где Vтк - вектор орбитальной скорости ТК,Vок - вектор орбитальной скорости ОК.При этом угловая скорость линии визирования должна поддерживатьсяравной нулю:лв = Vбок / ,где лв - вектор угловой скорости ЛВ,Vбок - вектор боковой скорости сближения, - относительная дальность.Рис.

3При соблюдении этого условия линия визирования в инерциальном пространстве движется параллельно самой себе. Управление ТК, при котором поддерживается лв=0 называется управлением по методу параллельного наведения (см. рис. 4).Рис. 46. Принцип построения СУД ТК в режиме сближенияВ основе построения системы управления сближением ТК лежит бесплатформенная инерциальная навигационная система БИНС, реализованная набазе БЦВК.С помощью БИНС представляется возможным создать на борту ТК модели сближающихся объектов.Следует отметить, что при решении задачи сближения двух КА требуетсяиметь информацию о параметрах их относительного движения. Поэтому целесообразно рассматривать движение сближающихся КА в системе координат,связанной с центром масс одного из КА.

На практике центр этой системы координат совмещается с центром масс ОК, а движение этой относительной системы координат определяется в инерциальной системе координат, положение которой известно.6.1. Системы координат, реализуемые в СУД ТК в режиме сближенияНаряду с системами координат, используемыми в режимах ориентации(связанная - базис Е, инерциальная - базис I, орбитальная на торможение - базис CQт) СУД для управления ТК в режиме СБ по методам свободных траекторий и параллельного наведения использует следующие системы координат: измерительная система координат (базис Е); орбитальная система координат на разгон (базис CQp); инерциальная геоцентрическая экваториальная система координат (базис I); лучевая (визирная) система координат (базис Т).ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ (базис Е)Рис.

5Начало измерительной системы координат располагается в центре массТК, а ориентация положительных осей базиса Е определяется поворотом связанного базиса Е вокруг оси Yе по рысканью на 180 (см. рис. 5). Этот поворотхарактеризуется кватернионом =(0,0,1.0).ОРБИТАЛЬНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ НА РАЗГОН(ОСКр) (базис CQp)Начало базиса CQp располагается в центре масс ТК (см. рис. 6).Ось Yоскр направлена по радиус-вектору, соединяющему центр массЗемли и центр масс ТК.Ось Xоскр лежит в плоскости орбиты, перпендикулярна оси Yоскр инаправлена в сторону противоположную движению ТК.Ось Zоскр перпендикулярна плоскости орбиты, дополняет системукоординат до правого трехгранника.Рис.

6Базис СQр отличается от ОСКт (базис CQт) поворотом последнего на180 по рысканью. Этот поворот характеризуется кватернионом =(0,0,1,0).ИНЕРЦИАЛЬНАЯ ГЕОЦЕНТРИЧЕСКАЯ ЭКВАТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМАКООРДИНАТ (базис I)Начало системы координат (базиса I) совмещено с центром масс Земли(см. рис. 7). Ось XI направлена в точку весеннего равноденствия (звезда  созвездия Овен). Ось ZI перпендикулярна плоскости небесного экватора, направлена вполюс мира (на полярную звезду). Ось YI дополняет систему координат до правого трехгранника.Рис.

7Связь между I и орбитальными системами координат ТК (базис CQAт) иорбитального комплекса (базис CQOKт) описывается кватернионами А, П, ,где А - кватернион, задающий преобразование базиса I в базис CQAт;П - кватернион, задающий преобразование базиса I в базис CQОКт; - кватернион, задающий преобразование базиса CQОКт в базис CQAт.ЛУЧЕВАЯ (ВИЗИРНАЯ) СИСТЕМА КООРДИНАТ (ЛСК)-(базис Т)Начало ЛСК совмещено с центром масс ТК (см. рис. 8). Оси координатXТ, YТ, ZТ образуют прямоугольную декартовую систему координат. Ось XТнаправлена по линии визирования, а оси YТ, ZТ образуют правый трехгранник.Рис. 8При рассмотрении движения космических аппаратов в этих системах координат представляется возможность создания моделей движения сближающихся объектов.6.2.

Модели движения сближающихся объектов, реализуемые в СУД ТКПри описании движения КА используются параметры V, V1, V2,где V=(/p)0,5 характеризует орбиту движения КА; - гравитационная постоянная Земли;р - фокальный параметр орбиты КА;V1,V2 - характеризуют направление и величину орбитальной скорости КА (VОРБ).Если рассматривать движение КА в ОСКт, то (см. рис. 9)Рис. 9Здесь:V1 – соответствует проекции на ось Xоск;V2 – соответствует проекции на ось Yоск.Уравнения движения космического аппарата в ОСКт имеют наиболеепростой вид:V V W1 ;V1(1) V1  ω3  V2  W1 ; V  ω  (V  V )  W .312 2где- параметры движения КА,V, V1, V2W(W1, W2, W3) - вектор возмущений, действующие на КА в проекциях наоси ОСК.

В качестве возмущений W рассматриваютсявозмущения от работы двигательной установки, а такжевозмущения гравитационного поля, вызванные несферичностью гравитационного поля Земли и неравномернымраспределением плотности,- вектор угловой скорости вращения ОСК КА в проекциях(0, 2, 3)на орбитальную систему координат.Движение двух КА при сближении можно описать системой дифференциальных уравнений (2.1, 2.2, 2.3, 2.4)(2.1)dVА/dt=  VАWА1/VА1dVА1/dt=А3 VА2 + WА1dVА2/dt= А3 (VА VА1)+ WА2(0,А2,А3)А2=  WА3/VА1А3=  VА(VА1)2/(2.2)2dA/dt= A  A(2.3)dVП/dt=  VПWП1/VП1dVП1/dt=П3 VП2 + WП1dVП2/dt= П3 (VП VП1)+ WП2(0,П2,П3)П2=  WП3/VП1П3=  VП(VП1)2/(2.4)2d/dt= A  П,где:индекс “А”индекс “П”A- обозначает параметры активного КА;- обозначает параметры пассивного КА;- гравитационная постоянная Земли;- кватернион, задающий преобразование базиса I в базисCQAт;- кватернион, задающий преобразование базиса CQОКт в базис CQAт.Уравнение (2.1)Уравнение (2.2)Уравнение (2.3)Уравнение (2.4)определяет движение ТК в ОСКА (активного корабля).характеризует движение ОСКА относительно I.определяет движение ОК в ОСКп (пассивногокорабля).определяет движение ОСКп относительно ОСКА.Эта система дифференциальных уравнений является моделью движениясближающихся объектов и реализуется в СУД ТК в режиме СБ.При моделировании движения космических аппаратов оперируют понятием векторов состояния (ВС) объектов.

Здесь под ВС подразумевается минимальный необходимый набор параметров, достаточно полно и точно характеризующий движение КА в поле тяготения Земли.Так как рассмотренная система дифференциальных уравнений полностьюхарактеризует движение ТК и ОК, то параметры VА, VА1, VА2, А, VП, VП1, VП2, - являются векторами состояния ТК и ОК или векторами состояния актива ипассива.6.3.

Организация управления ТК в режиме сближенияДля решения системы дифференциальных уравнений сближающихсяобъектов (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) на борт ТК необходимо задать начальные условия(НУ), то есть значения ВС объектов на определенный момент времени Т0, с которого начинается интегрирование уравнений движения сближающихся объектов. Вектора состояния на момент времени Т0 определяются Главным Баллистическим центром, для чего производится радиоконтроль орбит ТК и ОК.После ввода начальных условий, начиная с момента То, БЦВК, интегрируя систему дифференциальных уравнений (2.1, 2.2, 2.3, 2.4), определяет текущие значения векторов состояния актива и пассива, которые называются данными прогноза или прогнозом.

На основании информации о текущих значенияхВС объектов СУД ТК ТК организует расчет и выдачу управляющих импульсовТК в необходимые моменты времени.Следует отметить, что задание ВС объектов на момент времени То, то есть измерение орбитКА на Земле; расчет векторов состояния объектов на борту ТК (численный методинтегрирования дифференциальных уравнений движения сближающихся объектов); модель гравитационного поля Земли;обладают определенной степенью точности.

Поэтому для повышения точностиуправления транспортным кораблем при сближении В СУД ТК предусмотренизмеритель параметров относительного движения, что позволяет проводитькоррекцию данных прогноза от этого измерителя.6.4. Структурная схема СУД ТК в режиме сближенияСУД ТК, реализующая управление ориентацией ТК и движением его центра масс в режиме СБ состоит из (см. рис. 10): бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК); датчиковой аппаратуры (БДУС, ИКВ, АКСЕЛЕРОМЕТР, радиотехническая система КУРС); системы исполнительных органов (КДУ); приборов управления и контроля СУД ТК со стороны экипажа и Земли(РУО, РУД, КСП-Л, панель ОВК, БРВИ, ВКУ, ТСЭ, ВСК-4).ДИСПЛЕЙБДУС-IРУОИКВРУДАКСЕЛЕРОМЕТРКСП-ЛБЦВКБРВИКУРСТСЭЭКИПАЖОВКВСК4СКДДПО-М 1,2ДПО-БРис.

10БЦВК - используется в контуре системы управления движением ТК и является его центральным элементом, обеспечивающим выполнение всех задачрежима сближения.В соответствии с алгоритмами управления ТК, заложенными начальнымиусловиями, на основании информации о параметрах движения ТК, поступающей от датчиков, БЦВК рассчитывает моменты выдачи и величины импульсовуправления центром масс и ориентацией ТК. Кроме того БЦВК осуществляетавтоматической контроль циклограммы сближения, обеспечивает выдачу информации экипажу о прохождении режима.ДАТЧИКОВАЯ АППАРАТУРАБДУС-1.

Блок датчиков угловых скоростей предназначен для измерения проекций вектора абсолютной угловой скорости ТК на связанные оси.ИКВ. Всевысотный построитель местной вертикали. Выдает в БЦВК сигналы,пропорциональные отклонению ТК от местной вертикали по каналам крена итангажа. Ось чувствительности ИКВ ориентирована по оси "-Yе" объекта.АКСЕЛЕРОМЕТР. Акселерометр предназначен для измерения линейного ускорения, действующего вдоль оси "+Xе" объекта.КУРС.

Характеристики

Список файлов лекций