ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 2
К. Н. БАРИНОВ, В. П. НАСОНОВ
629 191 |
^ Л Я слУже^ного |
пользования |
Б249 |
Э " - Ж |
Z |
ТЕОРИЯ ПОЛЕТА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
М И Н И С Т Е Р С Т В О О Б О Р О Н Ы С С С Р
1973
У ДК 629.78.015(075.8)
|
.... |
|
• i\h |
J * |
• |
^ |
Г |
— ' ( |
t l ( |
|
_ j ЗАЛ) |
Подписано к печати 15.12.72 |
Печ. листов |
9,75 |
Уч.-изд. листов 9 |
Зак. Д-134 |
|
|
Г-544311 |
ВВЕДЕНИЕ
В настоящей работе излагаются физические и математические основы движения космического аппарата (КА).при выведении его на орбиту и в процессе орбитального полета,,
Глава I книги посвящена изложению физических основ теории полета КА, где рассмотрены системы координат и связь между ни ми ,кинематические элементы траектории, отсчет времени, силы и моменты, действующие на КА, а также даны необходимые понятия о перегрузке, невесомости и кажущемся -весе.
Глава П знакомит ^итахеля с вопросами выведения КА на ор биту. В этой главе излонен вывод, уравнений движения и проведен анализ изменения скорости движения ракеты на активном участке,, определена программа движения и обоснованы требования, предъяви ляемые к ней, дана формулировка и рассмотрены некоторые методы решения краевой задачи выведения КА на орбиту.
В главе Ш рассмотрены вопросы; связанные с изучением орби тального полета КА в центральном гравитационном поле и эволю цией орбит, возникающей из-за нецентральности гравитационного поля и влияния атмосферы Земли, Здесь же изложены основные за коны орбитального полета, кеплеровы элементы орбиты и их рас чет, а также проведен, анализ изменения кинематических элемен тов при движении КА по своей орбите.
Глава 1У посвящена изложению основных понятий об.орбиталь ном маневрировании КА, расчету маневров и их анализу.
В главе У изложены вопросы, связанные с характеристиками движения КА относитеньяг вращающейся Земли, расчетом а анали зом трасс КА, расчетом 'зон видимости КА при наблюдении за ним с Земли.
Главы 1,1У и У написаны К.Н.Бариновым, главы П,Ш - В.П.На соновым.
4
5'
Г л а в а |
I |
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОЛЕТА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
§ I . I . ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТЕОРИИ ПОЛЕТА
Когда говорят о полете KA.ro всегда подразумевается, что этот полет происходит относительно какого-либо ориентира, с который мысленно связан наблюдатель. Если га полетом КА дей ствительно ведется наблюдение с помощью технических средств, то истинное движение воспринимается и регистрируется именно относительно пункта наблюдения. Поэтому при изучении движения
КА прежде всего необходимо привязаться к какому-либо начал? (ха рактерной точке), которое вовсе не обязательно должно совпа дать с начальной точкой полета. В качестве такого начала мо жет быть принята либо точка старта, либо центр Земли, либо центр Солнца и т.п.
Для определения положения КА в пространстве и скорости его полета в любой заданный момент времени необходимо выбрать некоторые ориенгирные направления и построить по ним систему координат с началом в принятой точке.
Таким образом, построить или выбрать систему координатэто значит привязать ее начало к какой-либо характерной точке, положение которой в пространстве вполне определено, а также привязать направления осей координат к некоторым также извест ным ориентирным направлениям.
|
Рассмотрим, каким образом построены основные системы ко |
||||||
ординат, |
применяемые при расчете движения оакетоносителя и JCA. |
||||||
|
С т а р т о в а я |
о т н о с и т е л ь н а я |
с и с т е |
||||
м а |
к о о р д и н а т |
Осхсусъс |
. |
Начало |
этой |
системы |
|
координат 0С (рис.1.I) |
совпадает |
с |
точкой |
старта |
(центром |
||
пускового |
стола). Ось .о ОсУс направлена верх по |
верти- |
6 кали (по линии отвеса или по какой-либо иной линии, о чей де
лается соответствующая оговорка).Ось 0схс лежит в плоскости при целивания перпендикулярно оси 0сус и направлена в сторону по
лета ракеты. Ось^с гс дополняег систему координат да пра вой (принимается априорно)и для ее определения ориентирных ^направлений не' требует ся.
Стартовая относительная система координат вращается вместе с Землей и относится к неинерциальныи системам.На помним, что инерциальной на зывается такая система коор динат, начало которой не име
ет ускорения, а ее оси сохраняют постоянное направление в инерциальном пространстве,»
В данном случае не выполняются оба требования. Применяется стартовая относительная система координат при
расчете движения, ракеты-носителя на участке выведения КА на орбиту,
Начально-стартовая (невращающаяся) система координат. На чало и оси этой системы координат совпадают со стартовой отно сительной системой координат в некоторый начальный момент вре мени ta , которому отвечает момент разарретирования гироплатформы. Начиная с этого момента сохраняется постоянная ориента ция гироплатформы в инициальном пространстве, а вместе с ней и постоянное направление осей координат системы. Система коор динат 0сда:у1 не вращается вместе с Землей и в этом смысле она является абсолютной. Применяется данная система координат для определения ориентации осей связанной с центром масс КА или ракеты-носителя системы координат при расчете их движения от
носительно центра |
масс. |
|
|
|
Абсолютная геоцентрическая экваториальная система коорди |
||||
нат fyr^ % ц а ч а л о |
э т о и |
системы координат |
(рис.1.2) |
совпадает |
с центром масс Земли |
0^ . Ось О^х лежит |
в плоскости |
экватора |
|
и направлена на точку |
весеннего.равноденствия V . В точке т» |
Солнце, двигаясь по эклиптике относительно |
неподвижной Земли |
из южного полушария в северное, пересекает |
экватор. Это собы |
тие происходит весной каждого года в дату |
21 или 20 марта. На- |
7 правление на точку весеннего равноденствия И8 центра Земли сов
падает с направлением на звезды созвездия Рыбы. Поэтому данное
направление можно определить с помощью приборов. Ось |
Q3 1 |
на |
|
правлена по оси вращения Земли, а ось О^у дополняем систему |
|||
координат |
до правой. |
|
|
Итак, |
два ориентирных направления из центра Земли |
0^ |
пол |
ностью определяют абсолютную геоцентрическую экваториальную |
систему координат. Так как созвездие Рыбы находится на очень большом расстоянии от Земли, а последняя при годовом движении по своей орбите перемещается в ограниченном пространстве, то
направление из центра Земли на созвез дие Рыбы практически постоянно из лю бой точки земной орбиты.Поэюму си стема координат OgtL/гв инерциальнои пространстве не вращается (абсолютна). Если пренебречь ускорением движения Земли по своей орбите, то данная си стема координат будет инерциальна.Ус корение центра масс Земли примерно равно 0,06 м/сек^, т.е. является ма
лой величиной в сравнении с ускорением силы тяжести Земли. Абсолютная геоцентрическая экваториальная система коорда-
;нат применяется при изучении движения орбитальных полетов К&, полетов к Луне и планетам. В этой же системе координат привоврдятся табличные данные о положении Луны, планет и Солнца от носительно Земли.
Гринвичская относительная система координат 0?гдгг t/P Zr.Haчало этой системы координат (рис.1.3), так же как и абсолютной геоцентрической, лежит в центре масс Земли и точно так же ориентирована ось 0гг^ Отличив состоит в том, что ось 0&хГ ориентирована в плоскости гринвичского меридиана (лежит на пересечении плоскости экватора плоскостью большого круга скло нения гринвичского меридиана). Ось 0SДополняет систему до правой.
Гринвичская система координат^гЛДОрВращается вместе с ^Землей с постоянной угловой скоростью щ . Положение летатель ного аппарата в этой системе координат может определяться как
> прямоугольными |
координатами |
<гг , |
уг , г Р » |
так и геоцентри |
ческими координатами А , ф |
, г |
(долготой, |
широтой места и |
|
расстоянием от |
центра Земли до КА). |
|
8
Гринвичская относительная систе ма координат применяется для расчета трасс полета КА, посадки его в задан ной районе поверхности Земли, зон ви димости КА с наземных пунктов и дру гих характеристик, необходимых для решения ряда практических задач.
Рассмотренные четыре системы коор динат практически обеспечивают иэучение и расчет характеристик полета
Рис.1.3 ракеты-носителя и КА при решении раз личных задач. Однако в теории полета
используется значительно большее число систем координат, и это многообразие обусловлено, главным образом, стремлением к упроще ние записи уравнения движения.При необходимости такие системы координат будут вводиться по мере изложения материала курса.
§ 1.2. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТРАЕКТОРИИ КА
Движение центра масс КА под действием внешних сил в инерциальной системе координат в соответствии со вторым законом Ньютона подчиняется уравнению
где |
F |
- радиус-вектор центра масо КА; |
|
||||
|
Р~ - равнодействующая всех внешних сил, действующих на |
||||||
|
|
КА. |
|
|
|
|
|
|
Если |
спроектировать |
векторное уравнение |
( I ) на оси систе |
|||
мы координат Ох, |
0у , |
0г , |
то получим систему трех дифферен |
||||
циальных уравнений |
второго., порядка: |
|
|||||
|
|
|
|
тх |
- Fx |
, |
|
|
|
|
|
'ту |
= Fy |
, |
JCI.2) |
Для интегрирования системы уравнений (1-2)необходимо ве дать следующие начальные условия: -