Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П., Безвербый В.К. Механика космического полета (1989) (1246269), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Из (9.4) получим (9.5) 'У 6 1+— йпо Л ~ ~п!и — (' ор (9.6) о+ л Ыоа Збз Из (9.5) следует, что минимум Лр! достигается при максимально допустимом е, а так как )х„=а(1 — е), то при минимально допустимом значении большой полуоси эллиптической орбиты а. Это имеет место в момент касания эллиптической орбиты в апоцентре заданной круговой орбиты спутника планеты Минимальное значение Л*р' можно 'определить по следуюшей формуле: где Ь вЂ” высоты перицентров эллиптических орбит над поверхностью планеты. л Так как — и« 1, то опл (9.7) Уравнение (9.7) можно переписать следующим образом: На рис. 9.5 приведена зависимость Ь)'юы от высоты круговой орбиты Ао для Венеры, Земли, Марса и Юпитера. Таким образом, практически для всех орбит искусственных спутников указанных планет величина импульса скорости, потребного для выхода на круговую орбиту, в несколько раз меньше величины характеристических скоростей, потребных для торможения КА с помощью двигательной установки.
Это объясняется тем, что часть кинетической энергии КА рассеивается в момент его прохождения через атмосферу планеты. и клнл,им/с 60 п м гр ур л,м,'лл Рис. 9.5. Импульс скорости, требуемый для выхода иа круговую орбиту высотой Ье 9.3. КОРИДОРЫ ВХОДА При входе космического аппарата в атмосферу планеты с начальной сверхорбитальной скоростью приходится сталкиваться с теми же проблемами, что и при спуске с орбиты спутника, однако эти проблемы значительно усложняются как с точки зрения обеспечения приемлемых перегрузочных и тепловых режимов спуска, так и, особенно, с точки зрения точности наведения аппарата.
Как уже указывалось ранее, неточное определение параметров движения аппарата на внеатмосферном участке, а тем самым и неточное корректирование его траекторин может привести к появлению чрезмерно болыпих перегрузок в процессе спуска (большие углы входа) или к вы- 364 йгяаеная граница ходу аппарата из атмосферы планеты (слишком малые углы входа). Таким образом, возникает ль задача об определении возможного диапазона / изменения начальных па- яя раметров движения аппарата при входе в атмосферу, при которых осушест- ВпнетсЯ ЗаХват апПаРата Рис. д.6. Фиктивная келлеровв трвектор.ы атмосферой и перегруз аппарата ки (или тепловые потоки) в процессе спуска не превосходят некоторой допустимой величины. При спуске аппарата с орбиты спутника за начальные параметры входа обычно принимаются значения угла входа и скорости входа на некоторой высоте, которую считают «условной границей атмосферы» (обычно это высота порядка 100 ... 120 км для Земли).
В случае очень пологой траектории входа понятие угла входа становится довольно неопределенным. В связи с этим, как показано в 19], угол входа удобнее задавать через параметр, завися:ций от высоты расположения перигея фиктивной кеплеровой траектории, по которой двигался бы аппарат, если бы планета была лишена атмосферы (рис. 9.6). Параметр перигея определяется через параметры аппарата и значение плотности в точке фиктивного перигея следуюшим образом: (9.9) Высота условного перигея (1гл) связана с начальными параметрами входа следуюшим приближенным соотношением 19]: 2 2 1 вх ввх Ьвх и (9.10) гхпл + "вх 2 (1' вх 1) где, как обычно, )г 1гвх (' кпл 11пл Понятие о «фиктивном перигее» удобно использовать для определения границ коридора входа.
Шириной коридора входа называется разность фиктивньчх перигеев двух граничньчх траекторий входа, из которых нижняя определяется допустимой величиной максимальной перегрузки (или теплового потоки), а верхняя условием захвата аппарата атмосферой, т. е. условием 365 получения на выходе из атмосферы скорости аппарата, не пре выша~ощей круговой на данной высоте. Дй» вЂ”вЂ” йл в — й»». Придерживаясь терминологии работы '[9), будем чать следующие характерные типы коридоров входа: Подлетный коридор входа, определяемый точностью работы систем навигации и коррекции на подлетном участке траектории, что позволяет сформулировать требования к проектно-баллистическим характеристикам СА. теоретический коридор входа, определяемый максимальным значением располагаемого аэродинамического качества аппарата (Кы,„). Верхняя граница такого коридора соответствует полету СА с — К ы» а нижняя с +К „.
Предельный коридор входа, соответствующий выбранной системе управления СА при идеальной работе и отсутствии внешних возмущений, действующих на СА в процессе спуска. Для СА с малым значением располагаемого аэродинамического качества и скоростях входа, близких к параболической, предельный коридор входа совпадает с теоретическим. Рабочий коридор входа, соответствующий реальной работе системы управления, при учете всех ограничений и наличии возмущающих факторов, действующих на СА в полете. Рабочий коридор входа составляет часть предельного коридора. Указанные коридоры входа в зависимости от располагаемого качества аппарата при различных значениях максимально допустимой перегрузки приведены в работе![6]. В [69! приводится следующее выражение для определения ширины коридора входа д Ьл — — !ив 1 (~Р ыlс~.» ~м)» (9.12) (Р~~1~„~ 5 ), или при одинаковом значении величины пг/с„5 для граничных траекторий Дй = — 1 (9.13) ря, В табл.
9.1 приведены значения коридоров входа в атмосферы планет при баллистическом спуске космического аппарата (к»„=1,4; К4 О). Если в процессе баллистического спуска аппарата имеется возможность регулировать величину его лобового сопротивления, то ширина коридора входа увеличивается. Величину расширения коридора входа можно приближенно определить по следующей формуле: (9.14) (сх ~м) Как видно из табл. 9.1, осуществление баллистического спуска космического аппарата в атмосфере Земли и Венеры требует высокой точности наведения, так как ширина корипора входа составляет всего несколько километров. Одним из возможных путей расширения коридора вхопа является применение подъемной силы в процессе спуска. Использование Таблица 91 Ширина коридора ввода лнн, кн Планово н ванн !р но 11,3 12,9 645 0 !! 3 129 3540 16,1 Земля Венера парс Юпитер 0 0 Зш 0 32,2 37 2000 0 Таблица 9.2 Шнрнна коралора входа Лдл.
кн ввк "а а !р ! ер Планета л он н н о е о ' о о в н 210 226 2800 193 161 169 1900 145 0 0 340 0 43,5 55 43,5 58 483 595 55 67,6 11,3 12,9 645 0 105 113 1160 !!3 32,2 37 2000 0 Земля Венера Марс Юпитер 82 84 885 84 367 максимальной отрицательной подъемной силы при спуске по верхней границе коридора и максимальной положительной— при спускс по нижней границе (Лля уменьшения величины максимальной перегрузки) позволяет соответственно поднять верхшою и опустить нижнюю границу корипора.
В табл. 9,2 привелены значения ширины коридора вхола в атмосферу различных планет при постоянном значении коэффициента лобового сопротивления спускаемого аппарата (Р,„= =1,4; с„, =асопз1). Приведенные значения ширины коридора входа имеют место при управлении КА в процессе спуска по углу крена. Если управление произвопится по углу атаки, то при расчете ширины коридора вхола необхолимо учитывать поляру конкретного аппарата. Как указывается в !!'61 учет зависимости ск (с,,) приводит к расширению коридора входа при больших значениях качества, однако регулирование качества (при больших его значениях) связано с ухупшением теплового режима аппарата в процессе спуска.
Л й„= — ~ р+ 1п (х + 1 + ~/г 2л (9. 15) птвах (Р,„— 1) ~/1+ К- а Птвах Рвх У 1" — 1Уйпп РИ+Да 368 Лкв,км На рис. 9.7 приведена зависимость ширины коридора входа от скорости а входа в атмосферу Земли и гиперзвукового качести Г ва аппарата. Здесь значение качества принимало лось постоянным и отрицательным при полете вдоль верхней границы ап коридора до достижения круговой скорости и постоянным положительным при полете вдоль нижней границы до момента до- 77 77 м 77 гр 77 „„, стижеиия нулевого угла наклона траектории. Нерио. 9.7. Шнряна КОРИПОРа Ввела ПРН трудно видеть, что шнрнспуске в атмосфере Земли с постоянным аэродинамическим качеством на коридора входа может быть значительно увеличена при увеличении качества аппарата, особенно в интервале от 0 до 0,5.
При больших значениях постоянного качества интенсивность расширения коридора уменьшается за счет увеличения, поперечной составляющей полной перегрузки. Коридор быстро сужается с увеличением скорости входа. Следовательно, при большой скорости входа нужно найти методы управления, обеспечивающие приемлемую величину коридора входа. Ширину коридора входа можно рассчитать аналитически. В (691 приведены приближенные выражения для ширины коридора входа при условии постоянства коэффициента лобового сопротивления аппарата в процессе спуска.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
