Соловьев Ц.В., Тарасов Е.В. Прогнозирование межпланетных полетов (1973) (1246634), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Следовательно, необходимы пилотируемые полеты, во время которых человек может активно участвовать в проведении исследований, увидеть и почувствовать совершенно новые явления, о которых не подозревалось ранее, когда человек сам может направлять работу автоматических приборов на регистрацию наиболее важных параметров н встретившихся, может быть, еще неизвестных проявлений природы космоса.
Собственно говоря, необходимость в пилотируемых полетах не требует доказательств. Автоматические космические аппараты будут помогать проводить научные исследования в той степени, в которой они могут это делать, и тем большей, чем больше и глубже человек будет познавать природу. Кроме того, за автоматами всегда останется приоритет в посещении мест, недоступных человеку.
Пилотируемые корабли с научными работниками на борту способны тщательнее и быстрее исследовать космос, главное — они призваны осваивать межпланетное пространство, что является актуальнейшей задачей для будущего человечества. Взаимное положение планет меняется со временем вследствие их движения. В зависимости от положения планет в момент старта и прибытия по-разному выглядит траектория межпланетного перелета космического корабля от'одной планеты к другой н меняются энергетические затраты, необходимые для перелета. Поэтому результаты баллистического проектирования межпланетного летательного аппарата во многом зависят от времени старта и прибытия. В настоящее время одним из главных лимитирующих факторов в выборе момента старта межпланетного корабля является ограниченный диапазон удельной тяги двигательных установок.
Приобретают значение поиски методов наиболее экономичных полетов при достижении намеченной цели. Такими полетами являются, например, полеты с использованием гравитационных полей Юпитера, Венеры и других планет. Сравнительная редкость благоприятных окон старта — диапазон оптимальных дат старта для полета к планетам — налагает ограничения на программу прямого исследования планет с помощью КЛА. Прогнозирование проектно-баллистических характеристик основывается на методах поиска оптимальных траекторий полета и оптимальных проектных параметров межпланетных летательных аппаратов.
Излагаемое в настоящей работе приближенное решение дифференциальных уравнений 6 управляемого движения КЛА является оригинальным и плодотворным. Оно позволяет с хорошей точностью и со значительным сокращением времени расчетов на ЭЦВМ проводить поиск оптимальных проектных решений КЛА. В книге рассматриваются разнообразные схемы полета межпланетного аппарата на различные планеты как с учетом возвращения аппаратов к Земле, так и без возвращения и дается их оценка. Исследуются особые схемы полетов КЛА на планеты и к Солнцу, когда для улучшения баллистических характеристик используются гравитационные поля других планет.
Широко представлены результаты расчетов различных характеристик межпланетных аппаратов, которые в будущем могут совершать полеты на планеты Солнечной системы. Книга написана по оригинальным материалам, полученным авторами в области баллистического проектирования КЛА, и с использованием публикаций в отечественной и зарубежной печати. Она отличается от других работ в этой области тем, что в ней с одних научных позиций рассматривается целый комплекс задач проектирования межпланетных летательных аппаратов с учетом энергетических затрат, окон старта и чувствительности траекторий к отклонениям от расчетных данных.
М. К. ТИХОНРАВОВ ОТ АВТОРОВ Бурное развитие космонавтики поставило перед наукой ряд сложнейших проблем по осуществлению межпланетных полетов косми. ческих летательных аппаратов (КЛА). Планирование новых полетов КЛА к планетам Солнечной системы вызывает необходимость дальнейшего исследования возможных схем полетов, энергетических затрат и других характеристик межпланетного аппарата. В последнее время в периодической печати нашей страны и за рубежом появились работы, в которых рассматриваются баллистические задачи выхода КЛА на околопланетную орбиту и посадки десантируемых аппаратов на планету, задачи возврата КЛА с планеты назначения на Землю н т.
д. В ряде публикаций широко обсуждаются пробле»~ы использования гравитационных полей планет для улучшения баллистических характеристик межпланетного аппарата. Как, например, для полетов па Меркурий и Марс использовать гравитационное поле Венеры, а для полетов к Солнцу и дальним планетам — гравитационное поле Юпитера. Обращается внимание на важность решения задачи у»1еньшения скорости входа в атмосферу Земли возвращаемых аппаратов, что может быть достигнуто, например, специальными маневрами на гелиоцентрическом участке образного полета КЛА.
Серьезные проблемы возникают при решении задач оптимизации межпланетных полетов. Цель настоящей книги состоит в том, чтобы дать систематизацию проблем баллистического проектирования межпланетного аппарата и привести некоторые методы их решения, причем особое внимание уделено кусочно- конической аппроксимации межпланетной траектории и приближенному решению дифференциальных уравнений управляемого движения в виде конечных аналитических выражений. Проведенная в книге классификация схем межпланетных полетов позволила систематизировать решение ранее известных и новых задач баллистического проектирования КЛА при традиционном допущении, когда планеты рассматриваются в качестве негравитирующнх центров при расчете гелиоцентрических участков перелета.
Излагаемые методы поиска оптимальных проектных решений построены с учетом как импульсного изменения скорости полета, так и конечной протяженности активных участков. В книге по-новому рассматривается задача «стыковки» гелиоцентрического участка с планетоцентрическимн участками траектории, причем оптимизация баллистических характеристик и основных проектных параметров КЛА производится совместно. Учет размеров грависфер некоторых планет в ряде задач космонавтики становится практически необходимым. Поэтому здесь рассмотрены методы оптимального баллистического проектирования КЛА, учитывающие влияние размеров грависфер планет на гелиоцентрический участок.
Главы 1, П ($ 1, 3), П1, 1Ч (3 !) и ЧП, !Х ($3, 4) написаны Е. В. Тарасовым, а главы П (3 2, 4), ГЧ (3 2, 3), Ч, Ч), ЧП1, 1Х (й 1, 2) и Х— Ц В. Соловьевым. Авторы приносят глубокую благодарность всем товарищам, дружеская помощь которых помогла написать и издать книгу. Авторы весьма признательны рецензенту книги доктору технических наук М. К.
Тихонравову за ряд ценных замечаний, позволивших улучшить содержание книги. Особую признательность авторы выражают А. В. Лещенко, А. М. Потапову и Н. Ф. Шмаковой за помощь в разработке некоторых методов и проведение расчетов. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ а — большая полуось орбиты. Ь вЂ” малая полуось орбиты.
Сюю, Сю — постоянные интегрирования. С в хорда орбиты. с, — коэффициент аэродинамического лобового сопротивления. гю — коэффициент аэродинамической подъемной силы. Š— эксцентрическая аномалии. з — эксцентриситет орбиты. Р сила; вспомогательная переменная.
) — постоянная тяготения. 6 — вес (сила тяжести). йю — гравитационное ускорение. й, гт — высота полета Н вЂ” аргумент гиперболы. ю — угол наклонения плоскости орбиты к основной плоскости. К вЂ” аэродинамическое качество. л, ( — дальность полета (угловая или линейная). М вЂ” угол перелета; текущая масса КЛА; средняя аномалия. т — масса материальной точки; масса планеты.
л — перегрузка. л, — осевая перегрузка. пю — начальная тяговооруженность КЛА. Р— сила тяги двигательной установки КЛА. Р„ — удельная тяга двигателя. р — фокальный параметр орбиты; вспомогательный угол. () — интегральный тепловой поток. ю) — удельный тепловой поток. Я в расстояние от Солнца до материальной точки. г — расстояние от центра планеты до КЛА. Тю — синодический период. Т вЂ” период обращения ИСП; температура. à — время полета. АБ Ась — время ггрелета КЛА от начальной до конечной точки орбиты (кривой конического сечения).
(( — силовая функция. и — угловое расстояние от узла орбиты (аргумент широты). )г — скорость; скорость тела относительно Солнца. — гиперболический избыток скорости. Уш Ух з — суммарная характеристическая скорость. )У вЂ” скорость истечения продуктов рабочего тела из сопла двигателя. у в сила аэродинамического сопротивления.
у в аэродинамическая подъемная сила. л, у, в в декартовы координаты материальнои точки ц — угол между вектором скорости и вектором тяги; угол атаки; вспомогательный угол в уравнении Ламберта при гиперболическом движении; прямое восхождение. 9 р — центральный угол участка выведения; вспомогательный угол в уравнении Ламберта при гиперболическом движении; логарифмический градиент плотности. Ь вЂ” склонение. в — угол наклонения плоскости зкватора Земли к плоскости эклиптики; константа сжатия планеты.
О в траекторный угол. 6 — угол тангажа. Х вЂ” долгота проекции точки на базовую плоскость; переменный коэффициент Лагранжа. и†относительная текущая масса КЛА; гравитационная постоянная. т — постоянная интегрирования, характеризующая момент прохождения КЛА перицентра орбиты. Ф вЂ” угловая дальность полета КЛА по кривой конического сечения.
ф — угол асимптоты гиперболической орбиты. и†истинная аномалия. Й вЂ” долгота восходящего узла. ы — угловое расстояние перицентра орбиты от линии восходящего узла. Гл а за ! ° ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АП ПАРАТОВ й Е ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРИТЯЖЕНИЯ Космос (межпланетное пространство) — это среда, в которой из всех сил природы, действующих на летательный аппарат, главной является сила притяжения небесных тел.
Теория притяжения, краеугольным камнем которой является закон всемирного тяготения Ньютона, позволяет количественно оценивать силы притяжения различных материальных тел. Знание принципальных позиций этой теории и ее основных результатов необходимо для понимания основ теории движения космических летательных аппаратов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
