Файл: Балахонцев Б.Г. Сближение в космосе.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 01.07.2024

Просмотров: 135

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

между плоскостью орбиты цели и плоскостью траекто­ рии вывода) потребуется значительная задержка его запуска до прохождения цели над районом старта КА (табл. 1.1).

Указанный недостаток не наблюдается при способе с б л и ж е н и я с п р о м е ж у т о ч н о й о р б и т ы .

При этом способе сближения КА предварительно вы­ водится на орбиту ожидания. Далее сближение осуще­ ствляется переходом КА с орбиты ожидания на орбиту

в

 

б

Рис. 1.2. Сближение КА

и цели

Ц с промежуточной

орбиты

ожидания:

а — круговой; б — эллиптической

(В — точка встречи)

цели. Разница в периодах обращения КА и цели позво­ ляет выбрать момент начала сближения при наиболее выгодном взаимном положении.

Время, необходимое для достижения этого положе­ ния, называют временем фазирования. Оно опреде­ ляется взаимным начальным положением объектов, па­ раметрами орбит цели и орбиты ожидания, а также зидом критерия оптимальности.

Есть основания полагать, что наиболее выгодным в смысле простоты управления, а также по энергетиче­ ским затратам является случай, когда орбита ожидания лежит в плоскости орбиты цели [28].

Для круговой орбиты цели орбита

ожидания мо­

жет

быть круговой (рис. 1.2, а) или

эллиптической

(рис.

1.2,6).

 

Если эллиптическая орбита ожидания лежит внутри орбиты цели или орбита цели лежит внутри эллиптиче­ ской орбиты ожидания, то ее апогей или перигей для второго случая должен быть близок: к орбите цели.

При круговой орбите ожидания минимальные энер­ гетические затраты для «мягкого» сближения обычно получаются в случае перехода КА на орбиту цели по эллиптической орбите (траектория перехода — половина эллипса, рис. 1.2, а). Это так называемая хомановская двухимпульсная программа перехода. Первый импульс сообщается КА в момент схода его с орбиты ожидания, а второй — в момент перехода на орбиту цели для уве­ личения или уменьшения скорости до круговой на за­ данной высоте.

§ 1.2. Д А Л Ь Н Е Е И Б Л И Ж Н Е Е Н А В Е Д Е Н И Е КА

При управлении сближением КА предъявляются весьма высокие требования к точности измерения пара­ метров движения сближающихся объектов. Вследствие этого рассматриваемые в настоящее время схемы управ­ ления сближением, особенно сближением с непосредст­ венным контактом, предусматривают использование бортовых систем, следящих за целью и выдающих ин­ формацию о параметрах относительного движения. Дальность действия таких систем, учитывая ограниче­ ния по весу, около 100 км [28].

Поэтому при больших относительных дальностях ме­ жду сближающимися аппаратами основная информа­ ция для управления сближением будет поступать с на­ земных измерительных пунктов, точность которых зна­ чительно ниже, чем точность бортовых систем, рабо­ тающих на меньших расстояниях до цели. Такой харак­ тер получения первичной информации для управления

сближением

КА

делает целесообразным разделение

всей траектории

сближения

маневрирующего КА на

этапы дальнего

и ближнего

наведения.

На этапе дальнего наведения для управления сбли­ жением используются данные наземных измерительных

средств.

В

процессе

движения

на этом этапе

(уча­

сток А Б

на

рис. 1.3)

КА должен

быть выведен в

неко­

торую окрестность цели, величина которой определяется

дальностью

действия бортовых измерительных средств.

С переходом

на автономное управление сближением на­

чинается этап

ближнего наведения

(участок

БВ).

В зависимости от типа решаемой

задачи

сближения

к параметрам

относительного движения в конце этапа

ю

ближнего наведения предъявляются различные требо­ вания. Если конечной задачей сближения является не­ посредственный контакт двух объектов при значитель­ ных скоростях встречи, совместный их полет на некото­ ром расстоянии в течение определенного времени или пролет маневрирующего аппарата мимо цели, то эти конечные условия могут быть выполнены в процессе этапа ближнего наведения. Если же сближение КА дол­

жно

завершиться

«мягкой» встречей и стыковкой, то

после

 

этапа

ближнего

наве­

дения

(точнее,

в конце

его)

следует участок

причалива­

ния,

завершающийся

встре­

чей при близких к нулю зна­

чениях

относительных

ско­

ростей двух объектов и ме­

ханической

стыковкой

КА.

В этом случае задачей ближ­

него

 

наведения

является

сближение

КА

до

расстоя­

ний

порядка

сотен

метров

с относительной

скоростью

до 3 м/с [11, 46].

 

 

Рис. 1.3. Этапы дальнего (АБ)

Дальнее

наведение

в со­ и ближнего (БВ) наведения

ответствии

с ранее

рассмо­

тренными схемами может осуществляться при сближе­ нии с участка выведения КА на орбиту или при сбли­

жении с промежуточной орбиты. Как

в первом,

так и

во втором случае траектория этапа

дальнего

наведе­

ния может быть компланарной или некомпланарной по отношению к плоскости орбиты цели.

При изучении сближения КА с компланарной про­ межуточной орбиты чаще всего рассматривают переход КА по эллипсу Хомана, биэллиптический и полутанген­ циальный переходы. Дальнее наведение при неком­ планарной орбите ожидания должно включать маневр совмещения плоскостей орбит и маневр фазирования. Эти два маневра могут выполняться раздельно или сов­

местно. В соответствии с этим

различают раздельный

или комбинированный способы

дальнего наведения с не­

компланарной орбиты ожидания. Обстоятельному изло­ жению вопросов дальнего наведения посвящена гл. I I I .

Управление сближением КА на этапе ближнего на-

11

ведения может осуществляться либо с помощью мето­ дов, основанных на использовании законов орбиталь­ ного движения, либо с помощью методов, при которых законы орбитального движения не учитываются [11].

К методам первой группы относятся различные им­

пульсные и непрерывные схемы управления

сближе­

нием. Вычисление величины

и ориентации

импульсов

тяги,

а также

законов ее

изменения

для

непрерыв­

ных

методов

производится

бортовым

вычислительным

устройством с учетом законов орбитального

движения

сближающихся КА.

 

 

 

Для реализации этих методов наведения помимо параметров относительного движения сближающихся объектов необходимо иметь данные об орбитах цели и маневрирующего аппарата. Для реализации методов наведения второй группы достаточно иметь информа­ цию только о параметрах относительного движения. Методы наведения, не использующие законы орбиталь­ ного движения, отличаются простотой приборной реали­ зации, но энергетические затраты на осуществление про­ цесса сближения при пользовании этими методами зна­ чительны.

К методам наведения второй группы могут быть от­ несены: прямое наведение, методы погони и накрытия цели, параллельное сближение, метод пропорциональ­ ной навигации и др. Подробному рассмотрению мето­ дов наведения, основанных на использовании законов орбитального движения, посвящена гл. IV, а рассмотре­ нию методов наведения, при которых законы орбиталь­ ного движения не используются, гл. V.

На участке причаливания задача управления сбли­ жением заключается не только в обеспечении опреде­ ленного закона относительного движения центров масс двух объектов, но и в управлении взаимной ориентацией их корпусов. Принципиально достаточно управлять ори­ ентацией маневрирующего аппарата, однако во многих случаях выполнение стыковки значительно облегчается, если одновременно производится управление ориента­ цией двух объектов. В противном случае от КА может потребоваться выполнение сложных маневров вокруг цели.

КА

и цель должны ориентироваться по осям одной

и той

же системы координат так, чтобы их стыковоч-

12

ные

узлы

были

направлены

навстречу друг

Другу

(рис.

1.4).

Если

стыковочные

узлы обладают

осевой

симметрией, то задача ориентации упрощается и сво­ дится к обеспечению совпадения продольных осей сты­ куемых объектов.

У,

Рис. 1.4. Ориентация КА

при стыковке с целью

§ 1.3. С П О С О Б Ы

У П Р А В Л Е Н И Я

С Б Л И Ж Е Н И Е М КА

Управление сближением КА рассматривается как задача встречи двух движущихся объектов. Для наве­ дения КА могут быть использованы принципы теле­ управления и самонаведения.

Однако управление сближением КА имеет целый ряд особенностей. Так, для обеспечения «мягкой» встречи КА необходимо сочетание нулевого промаха с нулевой относительной скоростью в момент встречи. Процесс управления сближением в этом случае длится

вплоть до

момента

встречи

КА. На конечном его

участке — на

участке

причаливания — надо

обеспечить

не только требуемый

характер

относительного движе­

ния, но и строго определенную

взаимную

ориентацию

корпусов стыкуемых объектов.

 

 

В тех случаях, когда решается задача встречи коопе­ рируемых (сотрудничающих) КА, на объекте, с кото­ рым осуществляется сближение, может быть установ­ лена специальная аппаратура, облегчающая управление

13

сближением (например, радиомаяки, ответчики и т. п.). Это обстоятельство приводит к тому, что принципиаль­ но можно рассматривать целый ряд способов управле­

ния

сближением

КА.

К

ним

можно

отнести т е л е ­

у п р а в л е н и е

1,

2,

3 и

4-го

видов

(рис. 1.5, а — г),

с а м о н а в е д е н и е

(рис.

1.5,д) и

н а в е д е н и е на

с е б я

(рис. 1.5,

е).

 

 

 

 

 

Рис. 1.5. Способы управления сближением КА:

я, б, s,

г — 1 , 2,

3 и 4-й виды телеуправления;

S — самонаведение; е — на­

ведение

на себя;

/ — канал

контроля

движения

цели;

2 — канал

контроля

движения

КА;

3 — канал

контроля

относительного

движения;

4 — канал

связи; 5 — канал управления

При телеуправлении 1-го вида управление сближе­ нием КА осуществляется по данным наземных измери­ тельных средств. Этот способ можно использовать только на этапе дальнего наведения.

При телеуправлении 2-го вида управление сближе­ нием КА осуществляется по измерениям, проводимым с борта маневрирующего аппарата, а при телеуправ­ лении 3-го вида — с использованием измерительных средств, расположенных на цели. В том и другом слу­

чае вычислительное

устройство,

вырабатывающее коман­

ды управления,

и

передатчик

командной радиолинии

расположены

на

 

Земле.

Применение

телеуправления

2-го и 3-го видов

целесообразно лишь тогда, когда раз­

мещение этих

устройств

на наземном

пункте позволяет

14

Смотрите также файлы