Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г., Ярошевский В.А. Маневрирование космических аппаратов (1970) (1246622), страница 18
Текст из файла (страница 18)
а е ~ 8 Интегрирование данного уравнения дает 107 где 0(е') — слагаемые, содержащие члены с е в четвертой степени и выше. Знак минус свидетельствует об уменьшении зксцентриситета орбиты. Для определения изменений а и е с течением времени (вековые изменения) разделим равенство (2. 105) на (2. 106) де а, и е, — начальные значения (в момент включения тяги), илп Из данного выражения видно, что с течением времени с каждым оборотом эксцентриситет уменьшается. причем изменение эксцентриситета не зависит от д, т.
е. от изменения управляющей тяги. Приведенные соотношения (2. 105) и (2.100) позволяют представить общий характер орбитального движения аппарата под действием малой тенгенциальной тяги. От движения по эллиптической орбите аппарат переходит к движеншо по почти круговой спиралевидной траектории.
Такое движение происходит до тех пор, пока аппарату не будет сообщена параболическая скорость. Время достижения этой скорости может быть вычислено приближенно по формуле )341 т, + „ где Т, — начальный период обращения аппарата. Действие тангенциальной тяги не вызывает изменения наклонения, долготы восходящего узла и углового расстояния перигея от узла. ГЛАВА П1 Маневрирование при встрече И В,1, ВОТРЕЧА ИОСМИЧЕОИИХ АППАРАТОВ ИА ОРБИТЕ Одной из проблем космонавтики является решение задач, связанных со встречей двух космических аппаратов на орбите. При этом космические аппараты на отдельных участках полета должны выполнять разнообразные маневры, без которых невозможно осуществить встречу на орбите.
Прежде чем переходить к исследованию этих маневров, рассмотрим кратко основные задачи исследования космического пространства, для решения которых необходимо осуществление встречи, а также возможные траектории космических аппаратов, предназначенных для встречи на орбите с другим аппаратом. Создание больших орбитальных космических станций со значительным экипажем, предназначенных для проведения длительных экспериментов в космическом пространстве, требует непомерно больших ракет-носителей. Однако зту задачу можно решить и с использованием ракет-носителей приемлемых размеров путем вывода на орбиту отдельных частей сзанции и стыковки их в космическом пространстве в процессе движения по орбите. Часть станции выводится на заданную орбиту и с помощью системы наведения сближается с другой, ранее выведенной частью, до физического контакта с ней.
После этого осуществляется стыковка. Аналогичным образом выводятся на орбиту и стыкуются остальные части; в рез1лыа~в мол ет быть собрана станция значительных размеров. Экипаж такой станции может доставляться либо в отдельных частях станции, либо с помощью специально~о космического аппарата. Наряду с научными экспериментами подобная станция может использоваться для ремонта, контроля н запуска космических аппаратов различных назначений.
В качестве примера на рнс. 3. 1 показан внешний вид, а на рис. 3. 2 схема размещения основных отсеков такой ремонтно-стартовой станции 1ОРСС1 [121]. Станция рассчитана на экипаж в 25 человек и запуск на круговую орбиту высозой до 550 км. шп Необходимость в выполнении операций встречи может возникнуть в будущем также при сборке на орбите мощных космически., аппаратов, предназначенных для полета к планетам солнечной системы с последующим возвращением на Землю. Создание таких аппаратов может производиться путем вывода отдельных его частей на орбиту спутника Земли с последующей стыковкой. Задача регулярного снабжения является неотьемлемой составной частью обшей проблемы построения и нормального йЕСЕННЫй иНПЕРсан 'Вм гпсаИЕСЕЕНВ>й иптснсае смена> г Ея> ахи ;Ю м~ ес 3 ее ~ге ьо 'ат ~~ р у тп гулаге е к ееее:иге Чиспеннесгн элинина чисппееств энипаеса станина станиии Рпс.
3. 3. Потрсбное количество запускав кораблей снабжения для двуч интервалоп смены аки- пажа станпни > †кораб ка 2 человека, 2- корабль ка 3 человека 3 †кораб ка В человек../ †кораб ва 12 человек функционирования больших космических станций. Станция будет находиться иа орбите в течение года и более. Создание достаточных запасов на борту такой станции для автономной ее работы в течение длительного времени практически неосуществимо.
Кроме того, потребуется периодическая смена экипажа такой станппн, а также доставка необходимого оборудования и специалистов для выполнения некоторых ремонтных работ. Задача снабжения орбитальной космической станции, периодической смены экипажа и проведения ремонтных работ решается путем создания специальных космических кораблей снабжения. Помимо этого, в сло>кных аварийных ситуациях может потребоваться немедленный запуск кораблей спасения. Во всех отмеченных случаях требуется обеспечить сближение кораблей с космической станцией с последующей швартовкой с помощью причальных устройств. Результаты расчетов потребных количеств запуска кораблей снабжения в зависимости от численности экипажа станции, возможностей кораблей снабжения и периодичности смены экипажа представлены графиками на рнс.
3. 3 [12Ц, Из этих графиков 11'2 видно, что за исключением станций с небольшим экипажем решение задачи смены и снабжения на базе двух- и трехместных кораблей! требует чрезмерно большого числа запусков. Поэтому наиболее рациональными с зкономической точки зрения считаются корабли снабжения, рассчитанные иа б, а еще лучше на 12 человек.
Однако и в этом случае потребуется довольно значительное количество запусков. Поэтому желательно иметь корабли с повторным использованием. г! 1 а! Рпс. 3. 4 Схема размещения основных элементов щестнместного космического корабля: а) вил «перелн. ! трн перелиих члена экипажа в нормальном положении; 7 †горизонтальн противо!парные лемпферы; 8 — аертикалыгые противоуларные лемпферы; 4 †б окислителя; 5 †пане приборов контроля атмосферы кабины; 6- бак с водой лля охлажления; 7 †б с водой; 8 топливный бак; Э вЂ двигате ориентации па оси рыскания; !Π— Лвкгатели ориентации по оси крена; ц †двигате ориеи.
тации по оси тзнгажа б) вил сбоку ! †т перелиик члена экипажа в нормальном положении; 7 †центральн вхолной люк; 8 †т задних члена эмипажа при взлете и вхоле в атмосферу; 4 †я гатели ориентации по оси тангажа, 5 †т задних члена эмипажа при малы» перегрузках 6 — крышка люка; 7 — люк, используемый при швартовке в космосе; 8 — крышка люка о атмрытом положении )в другой плоскости), н — угол переднего обзора.
равный 4T В качестве примера на рис. 3. 4 приведена возможная схема шестиместного корабля снабжения для станции с экипажем 24 человека (122). Корабль состоит из двух отсеков. В одном размещается экипаж, а во втором необходимые грузы. В грузовом отсеке устанавливаются двигатели, обеспечиваю)цие управление операцией встречи и посадку корабля, устройства для хранения твердых и жидких грузов, а также система жизнеобеспечения экипажа, рассчитанная на 24 часа (до встречи со станцией). Корабль может выводиться на промежуточную круговую орбиту высотой 185 км нли на орбиту (тоже круговую) ставции )13 высотой порядка 500 к,к. Длительность полета по промежуточной орбите до 12 час, Управление сближением начинается на дальности до станции !85 км (при использовании импульсного приемопередатчика) или с расстояния 28 км (без него).
Начальная скорость сближения может достигать величины 240 м/сек, а угловая скорость поворота линии: корабль-станция (линии визирования) — 0,4 мрад!сек. Система управления снижает скорость сближения к моменту швартовки до 0 — 0,6 ж/дек. При этом допускается радиальное смещение оси корабля в пределах О,З м п угловое смещение до 10'. Таким образом, операция встречи имеет довольно много практических применений и в каждом случае есть некоторые особенности. Например, причаливание кораблей снабжения к орбитальной космической станции должно осуществляться со скоростью сближения, близкой к нулю. В случае встречи отсеков космической станции или составного космического корабля допустимы сравнительно большие скорости сближения в момент контакта. Предельное значение скорости сближения дол'кно выбираться из условия, чтобы появляющийся при этом удар не вызвал существенных деформаций конструкпии, а перегрузки, возникающие в процессе контакта отсеков с экипажем, не превышали допустимой величины.
Следовательно, в первом случае требуется прецизионная система управления скоростью сближения, тогда как во втором случае может быть использована система управления с менее жесткими требованиями по точности. Необходимо также отметить различные требования ко времени выполнения операции встречи. Например, при выполнении операции спасения экипажа станции в случае аварийной ситуации необходимо осуществить встречу спасательного корабля со станцией в возможно короткое время.
При осуществлении встречи в нормальных условиях (например, снабжение станции) требование ко времени не имеет столь существенного значения и на первый план выступает требование экономичности. Несмотря на отмеченные особенности операций встречи при различных конкретных применениях, в схемах их выполнения имеется много общего. Поэтому в дальнейшем, за исключением тех случаев, когда необходимо отметить особенности конкретной задачи, будем использовать следующую общую терминологию: космический объект, с которым должна произойти встреча, будем называть станцией, а объект, осуществляющий операцию встречи, назовем космическим кораблем.
Правда, в принципе не исключена возможность так называемой двухсторонней встречи, когда управление сближением осуществляется не только на корабле, но и на станции. Однако такая операция считается маловероятной и, видимо, менее эффективной, так как при этом задача управления существенно усложняется. Участие станции в процессе наведения и управления сближением обычно рассматривается в виде установки па ней приемопередатчика (маяка- 114 ответчика) для увеличения дальности действия системы наведения космического корабля. Из приведенных выше примеров следует, что станция, как правило, будет выводиться на круговую орбиту. При этом решение задачи встречи значительно упрощается, так как прогнозирование движения станции осуществляется значительно проще и точнее, чем в случае эллиптической орбиты, что, в свою очередь, облегчает операцию встречи. К тому же и в целях нормального функционирования самой станции (особенно в тех случаях, когда это ремонтно-стартовая станция или составной космический корабль) круговая орбита является более предпочтительной.
Поэтому в дальнейшем * будем полагать, что станция двимсется по круговой орбите на высоте На. Операцию встречи космического корабля со станцией можно разделить на три этапа: — вывод корабля на орбиту станции (точнее на орбиту, близкую к орбите станции); — наведение корабля на станцию с помощью бортовых средств (самонаведение); — причаливание корабля к космической станции (или швартовка). Задача первого этапа состоит в том, чтобы вывести космический корабль на орбиту станции с таким расчетом, чтобы в точке вывода расстояние между кораблем и станцией удовлетворяло условию Лго (Л~, где Ен — дальность действия системы наведения корабля. Другиыи словами, необходимо обеспечить почти одновременное прибытие станции и корабля в точку вывода последнего на орбиту станции, так как ошибки во времени вывода величиной несколько секунд приводят к расстоянию в десятки километров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
