Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г., Ярошевский В.А. Маневрирование космических аппаратов (1970) (1246622), страница 44
Текст из файла (страница 44)
К тому кс некоторые астрономические и физические константы определены с недостаточной точностью, что приводит к существенным погрешностям при расчете траекторий. Все эти обстоятельства вынуждают к проведению коррекции! траектории полета, если требования к точности достаточно высоки. Коррекция траектории выполняется следующим путем В процессе полета измеряются параметры траектории и вычисляются поправки к величине и направлению скорости, необходимые для выполнения поставленной задачи. Эти поправки вно- 266 сятся в результате включения корректирующих двигателей, уста. повлепных на борту аппарата. Методы определения параметров траектории (местоположе.
пия и скорости) летательного аппарата в космическом пространстве можно условно разделить па трп основные категории (59): ! ) использование пассивного электромагнитного излучения; 2) использование активного электромагнитного излучения; 3) использование пнерциальной информации.
Системы измерений, связанные с пассивным электромагнитным излучением, используют природное излучение (световое, аанце 'э =-г Мара Рис. 3 14 бтсиа опредспеаип аоордпиат аппарата инфракраснос) Солнца, звезд и планет. Эти системы основаны па измерении углов между направлениями на различные небесные тела, а также угловых размеров Солнца, Луны или планет. Можно считать, что звезды представляют собой бесконечно удалсппыс тела, поэтому измерение углового расстояния между ними не дает полезной информации. Угол между направлениями на звезду и на близкое чебесное тело (Солнце, Луна, планета) опрсдсляст коническую поверхность, на которой расположен в данный момент аппарат; угол между направлениями на две планеты определяет поверхность, образованную вращением дуги окружности; угол, стягпваемыи диском небесного тела, определяет сферическую поверхность (расстояние до этого тела) .
Пересеченпс нескольких поверхностей (которых должно быть не менее трех) определяет местоположение аппарата. На рис. 5.14 приведена схема опредееения положения аппарата в плоскости эклиптики по измерению двух углов (плоский случай). Если число измеряемых параметров больше трех, то для отыскания наиболее вероятного положения аппарата необходимо использовать метод наименьших квадратов с учетом сравнительной точности отдельных измерений. В качестве примера можно указать работу [651, в которойдля определения текущих координат аппарата фиксируются изображения планет Солнечной системы на небесной сфере, На рис. б,!б изображены линии одинаковых среднеквадратичных по- Рис.
5.!5. Липки равкыт ошибок в плоскости эклиптики при каблюпекки шести планет !9 маи 1969 г. грешностей в определении координат аппарата бх'+Ьуа+бза= = сопз1 в плоскости эклиптики (в клт) при условии, что среднеквадратичная погрешность фиксации каждой планеты на небес. ной сфере составляет 1 угловую секунду по широте п долготе. Координаты аппарата определяются счетно-решающим устройством при использовании данных об эфемеридах (угловых положениях) звезд и о движении планет. Скорость аппарата может быть определена путем дифференцирования значений координат. Если отдельные измерения имеют небольшую точность, то окончательные результаты должны быть получены па основании обработки и сглаживания большого количества измерений.
При использовании активных электромагнитных методов измерений излучение генерируется в сааюй системе. Основными элементами систем являются радиолокационные станции, размещенные па Земле, а также иногда небольшие радиомаяки нлп ретрансляцпонныс станции, установленные на борту аппарата. 2п9 С помощью активных электромагнитных измерений можно получать различную информапню: 1) определять направление на источник излучения; 2) определять расстояние от станции до аппарата; 3) определять производную от этого расстояния — радиаль.
ную скорость. При использовании радиомаяка, установленного на борту космического аппарата, воспринимаемое на Земле излучение ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния, то~да как при приеме отраженного сигнала оно ослабевает обратно пропорционально четвертой степени расстояния. Измерение времени прохождения сигналом излучения расстояния между аппаратом и наблюдателем используется для определения расстояния до аппарата. Кодированный сигнал на. правляется к аппарату, воспринимается им и ретранслируется.
Промежуток времени Лг' между ушедшим и возвратившимся сигналом определяет расстояние от наблюдателя до аппарата сзг 2 (5.37) где с — скорость света. Сигналы могут иметь или форму импульсов или синусоидальную форму, в последнем случае расстояние до аппарата пропорционально разности фазы излучаемого и возвращенного сигнала. Если измерение разности фазы осуществимо с точностью до части периода, то идеальное измерение расстояния осуществимо с точностью до длины волны (порядка нескольких десятков сантиметров) независимо от измеряемого расстояния.
Для определения радиальной скорости У, измеряется донцлеровский сдвиг частот излучаемого )о п воспринимаемого сигнала ): у — уч зу — — = — = — 2— уч у1 с (5. 38) 2г9 Активные радиометоды наиболее эффективны в том случае, когда аппарат находится вблизи Земли, однако они могут примсияться и для дальней радиосвязи — на расстояниях порядка десятков миллионов километров. Как правило, наиболее точно измеряются расстояние до аппарата и радиальная скорость. Поэтому для определения параметров пространственной траектории аппарата можно использовать систему трех локаторов, каждый из которых измеряет лишь указанные два параметра, и применять триангуляционную технику.
Инерциальные системы включают следующие основныс элементы: устройство для стабилизации аппарата или приборов, акселерометры — чувстви-сльныс элементы для определения ускорений, интегрирующие устройства. ф Ъ $ гьуаФюи ~пюгл тмо,иМшзц пшьдтоэ гпюмжод с ( у Й„ ~4 З 1 ф ф 270 Акселерометр измеряет силу, равную активному (негравитационному) ускорению аппарата, умноженному на калиброванную массу.
Акселерометры устанавливаются по трем взаимно перпендикулярным осям на гиростабилизированной платформе. Для вычисления истинной скорости аппарата к показаниям аксслсрометра вводится поправка на силы тяготения. Инерциальные системы обладают тем преимушеством, что изменения параметров траектории измеряются ими непосредственно, без запаздывания. Только инерциальные системы позволяют мгновенно определять подходящий момент для выключения тяги. Инерциальная система является полностью автономной и не требует сложного комплекса вычислителыюй аппаратуры. С другой стороны, любой инсрциальной системе свойственно накопление (рост по времени) ошибок, обусловленных дрейфом гироскопов, погрешностями в показаниях акселерометров и погрешностями интегрирования.
Инерпиальная система требует задания на входе начальных условий по скорости и положению и, как правило, периодического их уточнения. Поэтому иперциальные системы выгодно использовать в течение сравнительно небольших промежутков времени прп наличии значительных активных сил, действующих на аппарат. Такими участкамп траекторий космических аппаратов являются . активный участок (участок выведения), а также участки, на которых выполняются корректирующие импульсные маневры. Схемы управления, в которых предполагается выполнение корректирующего маневра, включают в себя инерциальную систему, необходимую для измерения приложенного импульса и отсечки тяги корректирующего двигателя. Поскольку указанные способы измерений дополняют друг друга, оптимальная система измерений дотжна быть комбинированной.
Так, на участке выведения считается целесообразным применение инерциальпых систем и радиосистем, на промежуточной фазе полета — применение оптических систем и радиосистем и на участке подлета к цели (планета назначения, Луна)— применение оптических систем, причем приложение корректирующих импульсов к аппарату должно контролироваться инерциальными системами. Примерная блок-схема комбинированной системы измерений изображена на рис. 5.16 [66]. Н ВА. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ НОРРЕНЦИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН КОРРЕКТИРУЮ)ЦИХ ИМПУЛЬСОВ Определение направления и величины потребного корректи.
рующего импульса в общем случае требует решения нелинейных дифференциальных уравнений, которые связывают скорости и координаты аппарата со значениями конечных, корректируемых параметров (например, расстояние перицентра при полете аппарата к планете назначения). В общем случае решение этих урав- 271 пений являсгся достаточно сложной задачей. Во избемсание этих трудностей используется метод дифференциальной коррекции (97]. Задавая положение и скорость аппарата при движении по расчетной траектории в любой момент времени, можно вычислить номинальные результаты измерений, которые были бы получены при отсутствии отклонений параметров траектории.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
