Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П., Безвербый В.К. Механика космического полета (1989) (1246269), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Небесная механика — раздел астрономии, изучающий движение естественных небесных тел (звезд, планет и их спутников, астероидов, комет) на основе закона всемирного тяготения. В небесной механике прежде всего анализируется траектория движения небесного тела. Под траекторией понимается непрерывная линия, которую описывает центр масс тела при его перемещении в пространстве. Траектория, по которой движется вокруг центрального тела центр масс планеты, спутника планеты, искусственного спутника и т.
д., называется орбитой. Описание и исследование траектории является очень важным элементом теории движения КА. Рассматривая КА как динамический объект, важно выделить два типа его движения. активное и пассивное. На активном участке полета на КА включен ракетный двигатель, КА совершает управляемое движение, и характеристики этого движения во многом определяются тягой ракетного двигателя. Активные участки полета для традиционных КА, традиционных двигателей занимают относительн ельно малое время и имеют малую протяженность. Пассивные ча У ветки полета — это такие, на которых ракетный двигатель КА выключен. Пассивные участки полета занимают преобладающую часть всей траектории КА, Движение КА на пассив- 7 ных участках полета описывается теми же уравнениями, что и движение естественных небесных тел.
Изучая движение КА, приходится анализировать большое число различных траекторий и выбирать из них оптимальные, удовлетворяющие определенным ограничениям и критериям. Такое исследование с использованием численного интегрирования достаточно полных уравнений движения КА даже с использованием современных быстродействующих ЭВМ требует больших затрат времени. На начальном этапе проектирования КА особое значение приобретает необходимость отыскания простых приближенных зависимостей, позволяющих быстро анализировать большое число возможных вариантов КА, наглядно представлять влияние основных параметров КА на его траекторию. На основе таких зависимостей выбирается небольшое число вариантов КА, удовлетворяющих поставленным требованиям.
Эти варианты в дальнейшем должны быть исследованы с применением более точных методов. Таким образом, в теории движения КА наряду с методами точного исследования траекторий КА должны быть разработаны и приближенные методы для оценки влияния различных факторов на движение КА. Начальные условия движения КА и их отклонение от расчетных значений определяют требования к характеристикам транспортных аппаратов выведения КА, а также требования к характеристикам корректирующих устройств, компенсирующих отклонение конечных параметров движения КА от их расчетных значений.
Развитие терии движения КА Роль отечественных ученых в формировании меха- пики космического полета как науки высока. Реальную возможность применения ракет для межпланетных сообщений теоретически обосновал великий русский ученый Константин Эдуардович Циолковский. В своей статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (!903 г.) и в дальнейших работах К.
Э. Циолковский наметил основные проблемы космонавтики и заложил теоретический фундамент принципиального решения этих проблем. К. Э. Циолковским была сформулирована новая система понятий, таких как характеристическая нли идеальная скорость КА, гравитационные, аэродинамические потери, оптимальная (рациональная) траектория и т. д. Но это только начало перечня понятий, введенных К. Э. Циолковским и положенных в основу современной теории проектирования траекторий КА.
чэридрнх Артурович Цандер, выдающийся советский ученый и изобретатель, начал заниматься:проблемами реактивного в движения еще в 1908 г. Многие его идеи дали возможность разработать современные методы для решения задач теории движения КА на начальных этапах проектирования. К таким идеям можно отнести идею разбиения всего пространства на грависферы влияния, идею импульсной аппроксимации активного участка траектории разгонного блока, использование энергетического критерия при анализе схем межпланетных полетов и т. д. Не менее важны предложения Ф.
А. Цандера по схемам движения КА. Очень интересные идеи по схемам полета н конструкции КА высказывал Юрий Васильевич Кондратюк. В частности, в рукописной работе «Тем, кто будет читать, чтобы строить» (19!8 †19 гг.) 1Орнй Васильевич рассматривал возможность использования сопротивления атмосферы для торможения КА при его возвращении на Землю, предлагал при полетах к небесным телам использовать орбиту искусственного спутника этих тел, а для посадки на пих человека — небольшой взлетно-посадочный аппарат.
Большой вклад в развитие гсории движения КА внесли Николай Егорович )Куковский и Иван Всеволодович Мещерский. Очень важны работы по космонавтике зарубежных ученых Р. Эно-Пельтри, Р. Годдарда, Г. Оберта, В. Гомана, Е. Зенгера. Первые практические результаты, предопределившие в дальнейшем успехи советской космонавтики, были получены в тридцатые годы и были связаны с работами групп энтузиастов и пионеров ракетодинамики, возглавлявшихся С.
П. Королевым, М. К. Тихонравовым. Послевоенное развитие ракетно-космической техники и вместе с ней теории движения КА шло бурными темпами. В это время развитие механики космического полета все более определялось проблемами, возникающими при проектировании реальных ракетно-космических систем. Задачи механики все теснее связывались с теорией и задачамн проектирования КА.
Одной из основных задач проектирования КА, как и проектирования любых транспортных аппаратов, является всесторонне обоснованный выбор основных проектных параметров, удовлетворяющих зехническому заданию при наилучших показателях качества — критериях эффекзивности [8]. удовлетворение требованиям технического задания невозможно без нахождения необходимых энергетических, массовых затрат на осуществление космических маневров проектируемого космического аппарата. Получить оценки перечисленных ха- Р'ктеристик можно только после исследования движения аппарата, после анализа необходимого приращения скорости КА и требуемых затрат топлива для такого приращения. 9 Баллистическое проектирование является важной частью всей задачи проектирования КА.
При баллистическом проектировании выдечяются некоторые характерные проектные параметры аппарата и связываются с выполняемой им транспортной операцией. Нахождение такой связи — одна из основных задач теории движения КА. На основе решения этой задачи на ранних этапах проектирования КА проводится массовый анализ КА, анализ его геометрических, стоимостных и других характеристик, формируется облик аппарата. С точки зрения теории движения характерной особенностью ракет и КА в отличие от многих летательных аппаратов является отсутствие установившегося режима движения.
Существование установившегося режима во многом определяет подход к расчету траектории самолета, кроме того, именно установившийся режим, его характеристики прежде всего, определяют проект самолета. Для КА установившегося режима просто нет. Практически на любом участке траектории КА их скорость и другие характеристики движения существенно изменяются. Таким образом, в этом классе аппаратов, пожалуй, впервые неустановившийся режим движения во многом определяет облик аппарата. В механику космического полета весомый вклад внесли советские ученые.
Среди них можно отметить Д. Е. Охоцимскос го, Т. М. Энеева, А. К. Платонова, Э. Л. Акима, работы которых, вышедшие в свет в 1950-х годах, создали теоретическую базу для широких научных исследований. Очень велика роль В. И. Левантовского, В. В. Белецкого, чьи блестящие работы способствовали популяризации механики космического полета. Авторы смогли раскрыть сущность и красоту задач механики космического полета в простой и интересной форме. Несмотря на большие успехи в становлении механики космического полета как науки, не следует считать, что все задачи теории движения КА уже решены, что описать движение любого КА не представляет творческого труда, а в эпоху современных ЭВМ исследовать любую математическую модель— «дело техники».
В механике космического полета есть еще очень много нерешенных задач. Например, решение проблем выбора оптимальной траектории даже традиционных КА порой наталкиваются на серьезные трудности. Еще сложнее обстоит дело с перспективными КА, движение которых трудно исследовать традиционными методами.
Больше того, развитие механики космического полета порой поднимает нерешенные проблемы «чистой» небесной механики. Задачи теории движения КА На различных этапах проектирования, производства н эксплуатации КА возникает большое число задач, решение которых обеспечивает механика космического полета. Из них можно выделить следующие задачи: нахождение траектории КА по заданным его параметрам и программе движения (основная задача); проектирование траектории КА; анализ влияния параметров КА на его траекторию; анализ влияния возмущающих факторов на траекторию КА; анализ управления движением КА. Основная задача.
Известны проектные параметры КА, известна программа движения КА. Требуется определить траекторию КА (программную траекторию КА), характеристики движения КА (под характеристиками движения подразумеваются кинематические характеристики, определяющие положение КА относительно планет, Солнца, измерительных пунктов и т. д.). Решение основной задачи теории движения КА проводится как на ранних этапах проектирования КА, так и на более поздних этапах (даже на этапе эксплуатации КА). Постановка такой задачи на разных этапах существенно изменяется, прежде всего изменяется модель движения. Математическая модель движения (полная система, описывающая движение КА) для решения основной задачи теории движения на этапе эксплуатации отличается существенно большей точностью, учетом тех факторов, которые на ранних этапах проектирования КА не рассматривались.
Изменяется часто н понятие программы движения. Таким образом, решение основной задачи теории движения отвечает на вопрос, какова траектория заданного КА с заданной программой движения. Второй задачей теории движения можно считать задачу выбора программы движения КА, которая обеспечивает для заданного КА выполнение заданной транспортной задачи (задан'юго космического маневра: попадания па заданную конечную "Рбнту, в окрестность планеты-цели и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
