Глава 6. Определение орбиты и вектора состояния КА по внешнетраекторным измерениям
Параметры траекторного движения любого летательного аппарата в общем случае, а также на участках выведения на орбиту и спуска можно получить, используя методы инерциальной навигации. Инерциальные системы имеют ряд существенных достоинств — универсальность, автономность, помехозащищенность. Однако для определения орбит в космической баллистике их практически не применяют по двум основным причинам.
Во-первых, при их использовании необходимо измерение ускорений, возникающих в результате действия активных сил либо взаимодействия корпуса движущегося аппарата с внешней сплошной средой. В орбитальном полете КА в течение длительного времени движется практически только под действием сил тяготения.
Во-вторых, инерциальные навигационные системы имеют существенный недостаток: со временем они подвержены накоплению ошибок из-за нестабильности механического моделирования в них базисных направлений (выбранной системы координат) с помощью гироскопов.
Поэтому в практике космических полетов получило наибольшее распространение определение орбит и параметров движения КА с использованием внешнетраекторных измерений (ВТИ). Появление понятия ВТИ объясняется тем, что получаемая в результате измерительная информация прямо или косвенно связана с траекторией движения или параметрами орбит КА.
Теория определения орбит КА по результатам ВТИ имеет богатую предысторию и опирается на многолетний опыт небесной механики и астрономии, накопленный в ходе решения задач определения орбит естественных небесных тел. Математические методы решения подобного типа задач, разработанные Гауссом и Лапласом более ста лет назад (для определения орбит малых планет), применимы и при решении многих современных задач.
Изобретение' в 40-х гг. прошлого столетия радиолокатора и использование его в качестве измерительного средства привело к изменению постановки задачи определения орбит, а также математических методов ее решения.
Для всей совокупности возможных вариантов комбинированных радиотехнических измерений, реализующих позиционный метод навигации, были разработаны соответствующие вычислительные алгоритмы, опирающиеся как на известные классические математические вычислительные схемы (например, метод Лапласа), так и на специально созданные.
Искомые параметры движения КА определяют в результате математической обработки полученных данных измерений при использовании современных быстродействующих ЭВМ. В общем случае для определения вектора состояния КА в момент времени t, необходимы шесть независимых соотношений, связывающих составляющие вектора скорости и координаты в этот момент с результатами измерений. Но это справедливо, если все измерения абсолютно достоверны, а формулы связи точны. На практике эти условия соблюсти очень сложно. На полученные результаты накладываются различные случайные ошибки измерений, которые в процессе математической обработки должны быть нивелированы, а грубые — по возможности выявлены и исключены. Другой особенностью служит наличие избыточности получаемых измерительных данных, что связано с особенностями реальной работы технических средств. Наличие указанных особенностей делает задачу определения орбиты КА недетерминированной и для ее решения используют различные математические статистические методы. В практике оперативного БНО управления КА при ограниченности количества сеансов часто встречаются сеансы с аномально большими ошибками измерений, без выявления которых невозможна автоматизации решения задач определения вектора состояния КА с достаточной точностью.
Наконец, последний аспект обсуждаемой проблемы возник относительно недавно в связи с пересмотром концепции построения наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) космическими полетами. Если не так давно универсальные многопунктные схемы измерений текущих навигационных параметров движения КА, соответствующие варианту размещения специально оборудованных пунктов слежения на большом удалении друг от друга при использовании даже плавучих средств (судов) для охвата большей части земной территории, считались основными, то сейчас они все в большей степени начинают рассматриваться как неоправданные излишества. Справедливости ради надо отметить, что если от плавучих КИК отказались давно, то к варианту однопунктных схем еще не перешли окончательно, несмотря на их привлекательность в условиях наметившейся дезинтеграции управления отдельными типами КО, прежде всего геостационарными КА.
Оставив в стороне вопросы очевидной экономической эффективности, укажем на ряд причин, подтверждающих целесообразность перехода на схему однопунктных измерений:
► высокая загрузка существующих средств внешнетраекторных измерений универсального НАКУ, близкая к насыщению:
► наличие ограничений по углу места (зоне радиовидимости) в случае нахождения геостационарного КА в зоне радиовидимости только одного КИПа;
► применение экспериментальных геостационарных КА, особенности функционирования либо бортовая аппаратура которых ориентирована на использование уникальных траек-торных измерительных средств;
► возможности срыва процесса измерений при задействовании многопунктной штатной схемы в результате возникновения нештатной ситуации.
Вместе с тем обработка результатов измерений для однопунктных схем характеризуется некоторыми особенностями, отсутствующими в вариантах действия штатных схем, что требует дополнительного обсуждения.
|
