Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П., Безвербый В.К. Механика космического полета (1989)

ДЛЯ ВУЗОВ МЕХАНИКА КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА Под редакцией академика В.П. Мишина дапущено .Иинистеуствол висепего и среднего спеуиального образования СССР в патес1вс уманила бля студентов висьппх технииесних унебньт зиведений МОСКВА "МАШИНОСТРОЕНИЕ 1989 ББК 39.6 М55 .УДК 629.78(075 8) Авторы: М. С, Константинов, Б. ф. Каменков, Б. П. Перелыгин, В.

К. Безвербый Р е не н з е н т: д-р техн. наук А. М. Мхитарян Механика космического полета: Учебник для втузов/ М55 М. С. Константинов, Е. Ф. Каменков, Б. Г1. Перелыгин, В. К. Безвербый; Под ред. В. П. Мишина. — Мл Машиностроение, 1989. — 408 сл ил. 18ВХ 5-2!7-00145-3 Изложены основы анализа и выбора траекторий космических аппаратов (КА), характеристик орбит искусственных спутников Земли 1ИСЗ).

Проведен анализ ма~неврирования КА при сближении и стыковке на орбите. Рассмотрена динамика орбитальных систем. Изложены вопросы спуска КА в атмосфере Земли и планет как при эллиптических, так и при гиперболических скоростях входа. Проанализированы проектные баллистические характеристики межпланетных траекторий. 3300000000 — 411 К Б-13-91-89 ББК 39.0 18В)ч 5-2!7-00!45-3 © Издательство «Машиностроение», 1989 ПРЕДИСЛОВИЕ Механика космического полета как один нз разделов космонавтики занимает существенное место в практике проектирования космических аппаратов различного назначения. В настоящее время в развитии космической техники осуществляется качественно новый этап — создаются спутниковые системы различного назначения, организуются космические комплексы на околоземных орбитах. Все это требует профессиональной подготовки инженеров в области механики космического полета.

Данный учебник должен способствовать повышению качества подготовки специалистов в области баллистики, динамики и управления движением КА. Авторы не имели возможности охватить все аспекты космической баллистики, однако ставили перед собой задачу познакомить читателя с рядом важнейших разделов теории движения КА, обучить читателя современным методам расчета траекторий движения основных типов КА, проектно-баллистическим методам, которые используются на начальных этапах проектирования КА. В учебнике представлены основы теории движении искусственных спутников Земли и других планет, особенности теории движения спутниковых систем, основы теории ~перелетов между орбитами в окрестности небесного тела и межпланетного перелета, основы теории движения спускаемых аппаратов.

В рамках рассматриваемых теорий основное внимание уделяется задаче проектирования траектории КА, нахождению характеристик траектории, определяющих энергетические и массовые параметры аппарата. Читатель должен быть достаточно ознакомлен с соответствующими разделами математики, теоретической механики, аэродинамики, Табличные данные и графические материалы в учебнике иллюстрируют результаты конкретных расчетов. В списке литературы выделены работы, рекомендуемые для более глубокого изучения (основная литература). Введение и гл. 2, 3, б, 7 написаны М. С. Константиновым; гл 1 — В.

К. Безвербым и М. С. Константиновым, гл. 4, 5— Б П Перелыгиным; гл. 8 — 10 — Е. Ф. Каменковым. Авторы приносят глубокую благодарность редактору учебника академику В. П. Мишину и проф. А. А. Дмитриевскому, чьи советы во многом определили содержание учебника, его методическую направленность. Авторы выражают признательность рецензенту профессо- РУ А. М. Мхитаряну за ценные замечания, способствовавшие существенному улучшению учебника. ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ и Ь с Схрз Са Са Е е Гм б й ь".о Н й !т РО К М гп ггго глт пг а лй Лг л и лха лоа Опт — большая полуось орбиты — малая полуось орбиты — фокальпое расстояние — прямоугольная декартовая невращающаяся система ноординат с началом в гравитационном центре — коэффициент лобового сопротивления — коэффициент аэродинамической подъемной силы — коэффициент аэродинамической боковой силы — эксцентрическая аномалия — эксцентриситет орбиты спутвика — характерная плошадь ИСЗ (площадь миделевого сечения) — гравитзционнзя постоянная; реактивное ускорение — сила притяжения — гравитационное ускорение — ускорение свободного падения (до=9,60665 м(со) — аналог эксцентрической аномалии Е для гиперболической траектории — высота; константа энергии — тензор инерции — удельный импульс тяги, (, = ( Р((и (эквивалентная величина — эффективная скорость истечения (а',) — наклонение орбиты ИСЗ вЂ” юлианская дата — аэродинзмическое качество ОА — масса небесного тела; средняя аномалия, М=п(( †( ) — масса КА — начальная масса КЛ вЂ” масса топлина — масса полезного груза — массовый расход рабочего тела — количество спутников в системе, число витнов орбиты — среднее двиокеиие — перегрузка — составляющие перегрузки в скоростных осях Ь вЂ” орбитальная система координат (л — трансверсаль, г — радяаль, Ь вЂ” нормаль) — перицентральиая система координат — тяга ракетного двигателя — фокальный параметр — скоростной напор, д=р)'2(2 — радиус гравитирующего тела — средний радиус Земли (6371,1 км) — полярный радиус Земли )сп с— ссс ° и г 5 5, 5п— 5п Т с Т, (и— и и У— и Р )Гг, )гы, >ссгз р,с )с с )Гппп б>с— б(г х— АР„, А~'.,— Ыгпп А~ .

и Х, у, г. а асп. ап а 7 6 О р а экваториальный радиус Земли радиус сферы действия радиус-вектор КА относительно гранитационного центра площадь, заметаемая радиусом-вектором КА площадь среза сопла хара>мерная площадь аппарата (для определения аэродинамических сил) конструктивный баллистический коэффициент, 5п=с Еп)(2тс) дата старта дата подлета н планете назначения время время межпланетного полета моторное время лшмснт прохождения перицентра орбиты КА потенциал гравитационного поля аргумент широты спутника скорость КА, Р=с(г(с(г первая, вторая н третья космические скорости радиальная скорость КА, )',=дг)Ж трансверсальная скорость КА, Рп =гс(его скорость КА относительно планеты а момент выхода КА из гравнсферы планеты, гиперболический избыток скорости скорость КА относительно планеты в момент входа КА в грависферу планеты гелиоцентрическая скорость КА в момент входа КА в грависферу планеты гелноцентрическая скорость КА в момент выхода КА из грависферы планеты характеристическая скорость импульс скорости суммарный импульс скорости потери в скорости гравитационные, аэродинамические, на противодавление, на управление соответственно эффектннная скорость истечения (эквивалент удельного импульса тяги) — сила лобового сопротивления — аэродинамическая подъемная сила — аэродинамическая боковая сила — угол атаки, прямое носхождсние — балансировочный угол атаки - пространственный угол атаки — коэффициент сжатия общего земного эллипсоида (0,338889Х! О-и) — угол крена — склонение — угол наклона земного экватора к плоскости эклиптики — траекторный угол (угол наклона скорости к местному горизонту) — угол тангажа долгота; средняя долгота Х=(>+ы+М вЂ” вектор Лапласа — гравитационный параметр небесного тела, )с=)М; безразмерная масса КА, р=пг/тс! отношение масс гравитнруюших тел в ограниченной задаче трех тел, р=М1(Мп — относительный запас топлива — плотность среды — вектор площадей Т Ф— Ф— Фа Фз— Фз— баллистическвй параметр, о =с*з5м/[лтко) период обращения спутника угловая дальность полета возмущающее ускорение, Ф=[Ф, Ф„, Ф,]=[Т, 5, %'], где Т, 5, В' — проекции возмущающего ускорения на оси орбитальной системы координат аэродинамическое возмущающее ускорение лунно-солнечные возмущающие ускорения возмущающее ускорение от нецентральности гравитационного поля Земли широта (геоцеитрическая) угол рыскания долгота восходящего узла угловая скорость; аргумент перицентра Индексы вх— з— К кр л О пар— пл— с— и и вход в атмосферу Земля конечное состояние нруговая орбита Луна начальное состояние параболическая орбита планета Солнце апоцентр орбиты перицентр орбиты ВВЕДЕНИЕ Механикой космического полета называется раздел механики, изучающий движение искусственных небесных тел — космических аппаратов.

Другие названия этого раздела механики — теория движения КА, астродинамика, космическая баллистика. Многис авторы считают, что термин «Механика космического полета» не совсем корректен, так как летают, строго говоря, самолеты, вертолеты и друтие атмосферные аппараты, но не КА. Соглашаясь с этим в принципе, отметим, что в учебнике в основном будет использоваться общее понятие движения КА, хотя в некоторых случаях допускаются также термины межорбитальный перелет, межпланетный перелет. Теория движения КА тесно связана с классической небесной механикой, использует ее постановки и методы.