Ильин В.А., Кузмак Г.Е. Оптимальные перелеты космических аппаратов (1976) (1246628), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Точность решения задачи синтеза в рамках ММСВ вполне достаточна для использования полученного решения в качестве начального приближения при решении задачи более точными методами. Проведенное сопоставление основных используемых на практике методов расчета траекторий в системе Земля — Луна; ММСВ, МСВ п численного интегрирования — указывает на целесообразность совместного использования этих методов на последовательных этапах решения задач синтеза и оптимизации траекторий. Наиболее рациональной является схема ММС — ~ -1- МСВ -+.
численное интегрирование: решение, найденное по каждому из методов этой схемы, является хорошим начальным приближением для построения траектории по методу, следующему за использованным. Все сказанное выше остается, очевидно, справедливым применительно к задачам синтеза и оптимизации траекторий для полетов к планетам, при решении которых также используются три рассмотренных выше основных метода (см. гл. ХП).
ГЛАВА Х11 ОПТИМИЗАЦИЯ ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА К ПЛАНЕТАМ э 12.1. Вводные замечания. Обзор исследований 12.1 1. Вводные замечания. Среди различных задач освоения космического пространства одной нз важнейших является задача осуществления перелета Земля — планета — Земля беспилотного или пилотируемого КА. О важности этой проблемы свидетельствует огромное число публикаций как в отечественной, так и зарубежной литературе, посвященных различным аспектам этой проблемы (см. обзор в разделе 12.1.2). В настоящей главе рассматривается лишь часть этой комплексной технической проблемы — вопросы оптимизации траекторий перелета Земля — планета — Земля. Отличительная особенность межпланетных перелетов— их большая продолжительность, которая существенно возрастает прн необходимости возврата аппарата к Земле.
Исключительное значение фактор времени имеет для полетов с экипажем. Продолжительность перелета ограничена сверху как физиологическими и психологическизш возможностями членов экипажа, так и конструктивными соображениями. Увеличение продолжительности экспедиции уменьшает вероятность ее благополучного исхода. В случае перелета с выходом на орбиту ИС планеты в качестве второго важнейшего параметра выступают энергетические затраты — характеристическая скорость перелета, которая при заданной продолжительности перелета в значительной мере определяет начальный вес экспедиции на орбите ИСЗ и в конечном счете материально-технические затраты на ее реализацию. Заметим, что уменьшение продолжительности экспедиции ведет, как правило, к увеличению характеристической скорости перелета.
Для экспедиции с экипажем важным параметром является время ожидания — продолжительность пребывания экспедиции в окрестности или на планете назначения. В общем случае время ожидания ограничено либо ресурсом системы жизнеобеспечения, либо временем, необходимым для выполнения программы работ экспедиции. Из сказанного ясно, что при анализе траекторий перелетов Земля — планета — Земля необходимо учитывать все три указанных фактора. з 12.п ВВОД11ые зьмвчлешя. Овзог исслвдованнн 573 Хотя в настоящее время возможность осуществления полетов к планетам Солнечной системы с возвращением к Земле при существующем уровне развития ракетно-космической техники не вызывает сомнений, практическое их осуществление является труднейшей технической задачей, в частности, из-за высокого уровня потребной энергетики и большой продолжительности космической экспедиции.
Поэтому для этих перелетов одной из важнейших задач является задача их оптимизации, которую будем понимать в широком смысле как задачу изыскания различных способов и методов снижения энергетических затрат пли стартового веса аппарата и продолжительности перелета Земля — планета — Земля. В настоящее время в качестве основных путей решения задачи оптимизации обсуждаются: 1'. Применение в качестве силовых установок ядерных ЖРД, или электрических РД, или комбинированных силовых установок, сочетающих химические ЖРД, ядерные ЖРД и электрические РД. 2'.
Использование торможения в атмосфере планеты для осуществления перехода на орбиту ИС планеты или посадки на планету. 3 . Использование гравитационных полей планет для осуществления пертурбационных маневров с целью существенного изменения свойств чисто кеплеровых траекторий в поле тяготения Солнца. 4'. Применение многоимпульсных схем перелета. 5'. Применение различных схем полета к планетам с использованием нескольких КА, выполняющих различные функции. В рамках каждого из этих направлений применительно к конкретной схеме перелета Земля — планета — Земля может быть сформулирована математическая задача оптимизации: прп заданных начальных, промежуточных и конечных условиях, суммарной продолжительности перелета и времени ожидания (и других возможных ограничениях) найти траекторию перелета, доставляющую 'минимум некоторому функционалу, например характеристической скорости перелета.
Рассмотрение ряда таких задач составляет основное содержание настоящей главы. Основное в~нила~не уделяется перелетам орбита ИСЗ вЂ” орбита ИС планеты — Земля. Как указывалось вьппе, такие перелеты имеют важное практическое вначение. В то же время они представляют большой теоретический интерес, поскольку их рассмотрение сводится к оптимизации сложных многомпульсных схем перелета. И ед ание основано на общепринятых долу'ц "" " 1'. Активные участки движения заменяются импульсами с"орости (импульсная аппроксимация) . З74 оптпзп!Запив телкьто!!и! оот!стз к ~!.!знктзз! !г:! х!! 2'.
Движение аппарата рассматривается на основе ММСВ, 3'. Рассматриваются две модели движения планет Солнечной системы: (а) планеты движутся з плоскости эклиптики по круговын орбитам — плоская крузоеая модель; (б) планеты движутся по фиксированным кеплеровым трави ториям, т. е. учитывается зллиптичность орбит планет и наклонение их к плоскости эклиптики,— пространственная зллизтиче ская модель. Подробный анализ предположений 1' н 2' дан в разделах 2.1.1 и 1.1.5, 11.6.2 соответственно. Что касается предположения 3', то оно подробно проанализировано з разделах 12.3.2, 12.4 1, 12.4.2.
121.2. Краткий обзор исследований. Ниже в кратком обзоре, не претендующем на исчерпывающую полноту, рассмотрены работы, посвященные исследованию траекторий полета к планетам Солнечной системы. Общие вопросы механики полета КА болыпой тяги рассмотрены в работах К. Б. Алексеева, Г. Г.
Бебенпна, В. А. Ярошевского [Ц, Бэттина [2], Е. А. Гребеникова, В. Г. Демина [Ц, В. И. Левантовского [2], Лоудена [19, 24], В. М. Пономарева [Ц, Ричардса [Ц, Сейферта [Ц, Ц. В. Соловьева, Е. В. Тарасова [Ц, Эрике [5, 7, 8], Эскобала [2], Руководстве по орбитальным полетам, Руководстве по межпланетным полетам и статьях Арчера [Ц, Баррара [Ц, В.
Р. Э. Баузе, А. А. Дашкова, В. Н. Куба- сова [Ц, Брейкуэлла, Джиллспая, Росса [Ц, Брейкуэлла, Перко [Ц, Бэттина [Ц, Гомана [Ц, Гравье, Маршала, Калпа [Ц, С. В. Дубовского [Ц, В. А. Ильина [2], Ли, Флоренса [Ц, Мекеля [3], Перко [Ц, Росса [2], Шехтера [Ц. Уже в одной иа первых работ — статье Бэттина [Ц вЂ” была предложена схема исследования траекторий КА большой тяги, основанная на использовании ММСВ и импульсной аппроксимации. Рассматриваются траектории облета планет как в предположении, что планеты движутся в плоскости эклиптика по круговым орбитам, так и с учетом эллпптвчности и наклонения орбит планет. На основе сопоставления этих решений показана применимость плоской круговой модели для приближенного баллистического анализа траекторий.
Для нахождения траектории — кеплеровой дуги — между центрами планет отлета и назначения было предложено использовать теорему Эйлера— Ламберта. Вопросы оптимизации межпланетных перелетов в вариацион. ной постановке рассматривались рядом автором, среди которых отметим работы Лоудена (см. раздел 2.1.2). Оригинальный вариационный подход к исследованию импульсных перелетов пред" ложен С. В. Дубовским [Ц.
ВВОДНЫЕ ЗАНЕЧАНПЯ. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИП 575 з 1ап В работах Нина, Золы (Ц, Хьюза, Номнкоса [Ц исследуются перелеты Земля — Марс. Значительное число работ посвящено исследованию траекторий и параметров аппаратов для перелета Земля — Марс — Земля. Траектории облета Марса рассмотрены в работах В. Р. Э. Баузе, А. А. Дашкова, В. Н. Кубасова [Ц, Бэттина (Ц, Гедеона (Ц, Джонсона, Смита (Ц, Льюденса (Ц, Росса [Ц, Рэгзака, Тайтуса [Ц, Тайтуса (Ц. Впервые задача облета на современном методическом уровне была рассмотрена, по-видимому, в работе Бэттина (Ц.
Начиная с 1963 — 1964 гг. появляются работы, в которых исследуются различные пути улучшения характеристик траекторий облета. В работе Росса [Ц впервые, по-видимому, рассматривается задача улучшения характеристик траектории облета путем сообщения аппарату импульса при облете. В работе Льюденса (Ц на примере траекторий облета Марса со стартом в 1971 г. и 1980 г. оценивается эффективность сообщения аппарату импульса у Марса и аэродинамического маневра аппарата в атмосфере Марса. В работе Тайтуса (Ц рассматриваются траектории облета Марса на период 1971 — 1980 гг. с дополнительным импульсом у Марса для снижения начальной массы аппарата на орбите ИСЗ и уменьшения продолжительности экспедиции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
