Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П., Безвербый В.К. Механика космического полета (1989) (1246269), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Значительные эффекты — от облета Земли и Венеры. При реализации некоторых схем полетов можно использовать и гравитационные маневры около Луны и других естественных спутников. Использование гравитационных маневров требует увязки гелиоцентрических участков траектории до пролета промежуточной планеты и после его. Совсем необязательно при этом, чтобы эффект пролета с точки зрения какого-либо критерия был очень большим. Важно, чтобы после пролета условия гелиоцентрического движения привели к встрече КА с планетой назначения.
Один из возможных подходов к анализу таких условий может быть следующим. Фиксируется дата старта от Земли, дата подлета к планете назначения (например, Марсу). Варьируя дату пролета промежуточной планеты (например, Венеры), строят два независимых гелиоцентрических участка траектории КА; Земля — Венера, Венера — Марс. Из анализа первого участка получают венероцентрическую скорость входа в грависферу Венеры, из анализа второго участка — венероцентрическую скорость выхода из гравнсферы Венеры. В общем случае их модули не равны. Варьируем дату пролета Венеры для уравнивания этих модулей.
Если это удалось сделать, то, обращаясь к анализу траектории в окрестности Венеры, с помощью соотношения (6.30) можно выяснить, осуществим ли гравитационный маневр (не проходит ли гиперболическая орбита через Венеру илн ее атмосферу). В том случае, когда маневр неосуществим, следует варьировать дату подлета к планете цели или дату отлета от Земли. Гравитационные маневры требуют высокой точности реализации траектории движения КА (точных навигационных измерений, высокой точности коррекции орбиты).
В современных космических программах достаточно широко используют гравитационные маневры. Приведем несколько примеров. 3 марта 1972 г. в США был запущен КА «Пионер-1О». В декабре 1973 г. КА попал в грависферу Юпитера. В этот момент гелиоцентрическая скорость КА была 10,6 км/с. Пери- центр гиперболической относительно Юпитера траектории находился на минимальном расстоянии 130 000 км от края атмосферы Юпитера. Гелиоцентрическая скорость КА в момент выхода из грависферы Юпитера была равна 22,1 км/с.
Таким образом, гелиоцентрическая скорость КА увеличилась более чем в два раза. «Пионер-10» не должен в дальнейшем движении сближаться с какой-либо планетой, он должен уйти из Солнеч28ь ной системы. В 1979 г. его траектория пересекла орбиту Урана (не встретив планету). Интересные программы полета у КА «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2». Во всех программах используется гравитационный маневр.
В программе «Вояджер» предусматривается так называемый «Гранд Тур», при котором после пролета окрестности Юпитера с исследованием его спутников (близкие пролеты около спутников) и самого Юпитера последовало изучение Сатурна и его спутников, Урана и в дальнейшем Нептуна. Триумфом Советской космонавтики было недавнее осуществление проекта «Вега».
Осуществляя программу исследований, два КА «Вега-1» и «Вега-2», стартовав в декабре 1984 г. с промежуточной орбиты ИСЗ, в июне 1985 г. попали в грависферу Венеры. При входе в грависферу произошло отделение орбитального аппарата от аппарата, входящего в атмосферу Венеры. Аппараты, вошедшие в атмосферу Венеры, в своем составе имели аэростатные зонды, аппаратура которых получила уникальные научные результаты. Орбитальные аппараты, осуществив гравитационный пролет около Венеры, после определенных коррекций орбиты вышли на гелиоцентрические траектории, проходящие вблизи кометы Галлея. Телевизионные камеры передали на Землю изображения кометы, ее ядра, научная аппаратура проанализировала большое число физических явлений кометы Галлея.
Упоминая успех программы «Вега» в разделе о гравитационном маневре, необходимо обратить внимание на важную особенность выполненного на КА «Вега» гравитационного маневра. Приведенный маневр можно рассматривать как активный гравитационный маневр. Активным гравитационным маневром называется гравитационный маневр, в ароцессе которого включается реактивный двигатель КА с целью изменения скорости и условий гравитационного облета. Активный гравитационный маневр существенно раздвигает возможность использования маневра облета промежуточной планеты.
Если обычный (пассивный) гравитационный маневр можно использовать только в том случае, если величины планетоцентрических скоростей входа КА в грависферу планеты и выхода из нее равны, то такого ограничения нет при активном гравитационном маневре. Включая реактивный двигатель, например в окрестности перицентра пролетной гиперболы, можно за счет небольшого импульса скорости существенно деформировать траекторию КА, сильно изменить величины планетоцентрической скорости выхода из грависферы промежуточной планеты 133~.
В этом разделе была рассмотрена возможность использования пролета промежуточной планеты (гравитационного маневра) при реализации схем движения межпланетных КА. Выявлено, что эффект гравитационного маневра зависит от харак2З2 теристик планеты (ее массы, размера, гелиоцентрической скорости), от скорости подлета КА к планете, от точки входа КА в гравнсферу планеты, определяющую гиперболическую пролетную траекторию и ее перицентральное расстояние. 6.9. КОРРЕКЦИЯ ТРАЕКТОРИИ МЕЖПЛАНЕТНЫХ КА При реализации траекторий КА из-за большого ряда факторов, которые принято называть возмущениями, реальная траектория КА отличается от программной.
К таким возмущающим факторам относятся: несоответствие расчетной математической модели реальным условиям движения (неточность знания гравитационных постоянных, положения и скорости небесных тел; неучет в моделе возмущающих физических воздействий: от какого-либо гравитируюШего тела, аэродинамических сил, светового давления ит.д); ошибки начальных условий старта КА с промежуточной орбиты ИСЗ; неточность оценки положения и скорости КА навигационными системами, связанная с неточностью навигационных датчиков и несовершенством обработки измерений (навигационные ошибки); неточность реализации управляющих воздействий (разбросы величины тяги ракетного двигателя,'моментов включения и выключения двигателя, неточность угловой ориентации КА в процессе активного полета и т. д.).
В условиях действия возмущений, реальных возможностей системы навигации и управления для того чтобы КА выполнил поставленную перед ним транспортную задачу, не удается обойтись совершенствованием системы управления движением КА на участке разгона от Земли, необходимо, чтобы в процессе межпланетного перелета имелись средства, корректирующие движение КА. Коррекция траектории КА Это целенаправленное изменение характеристик движения аппарата, обеспечивающее движение КА к планете назначения и реализацию требуемой траектории движения относительно этой планеты.
Коррекция траектории полета межпланетного КА осуществляется включением корректирующей двигательной установки (КДУ) на участке межпланетного перелета. В том случае, когда эта же двигательная установка используется для маневров 2зз: в окрестности планеты назначения, она называется корректирующей тормозной двигательной установкой.
КДУ обычно работает на жидких высококипящих компонентах и допускает многократное включение на небольших интервалах времени. Эти интервалы несоизмеримо малы по отношению ко времени межпланетного перелета. Поэтому активные участки работы КДУ можно импульсно аппроксимировать и использовать понятие корректирующих импульсов скорости.
Выбор стратегии коррекции (количества предполагаемых коррекций, моментов коррекций) является сложной задачей. Решение этой задачи должно учитывать вероятностную картину всех возмущающих факторов. Постановка задачи может быть следующей; для заданных вероятностных характеристик возмущений, для выбранной структуры навигационной системы найти такую стратегию коррекции, которая обеспечивает определенную точность выполнения транспортной задачи (определенную точность реализации входа спускаемого аппарата в атмосферу планеты назначения, определенную точность выхода КА на орбиту ИС планеты назначения и т. д.) с минимальным потребным запасом характеристической скорости (топлива). Так как потребный запас характеристической скорости в указанном вероятностном подходе является величиной вероятностной, то можно минимизировать какую-либо вероятностную оценку характеристической скорости.
Такой оценкой может быть математическое ожидание потребной характеристической скорости КДУ М[ Г„р] или, лучше, величина характеристической скорости, которой с заданной вероятностью хватит для коррекции траектории. Если вероятность выбрана равной 0,997, то это значение равно '~4[)7хаь1+Зо[)т„,р~, где о[)Г„,р~ — среднеквадратичное отклонение требуемой характеристической скорости. Сформулированная задача называется стохастической задачей оптимального управления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
