РАЗДЕЛ IV. Межорбитальные и локальные маневры космических аппаратов
Перестав быть спорной, мысль перестает быть интересной.
У. Хэзлитт
Незнание — не довод. Невежество — не аргумент.
Б. Спиноза
Решение практически любой задачи космического полета в той или иной степени сопряжено с необходимостью выполнения некоторой совокупности орбитальных маневров.
Маневр — это управляемое движение центра масс ЕА, в результате которого происходит целенаправленное изменение его движения. В зависимости от функционального назначения выполняемого в космосе маневра различают маневры орбитального перехода, корректирующие маневры и маневры сближения.
При выполнении маневра орбитального перехода (орбитального маневра) происходит такое изменение параметров движения, при котором КА переходит с заданной начальной на требуемую промежуточную или конечную орбиту. Частными случаями маневров орбитального перехода являются маневры, ставящие целью выведение КА в заданную точку пространства и маневры схода аппарата с орбиты для осуществления последующего спуска на поверхность Земли или иной планеты.
Целью корректирующего маневра (коррекции) является «исправление» движения. В отличие от маневра орбитального перехода коррекция не предполагает изменения направления полета. Задача коррекции ограничивается исправлением ошибок реальной траектории движения КА по отношению к расчетной (номинальной) траектории. В случае, когда природа возникновения ошибок достаточно хорошо изучена, а их величину удается определить с высокой степенью точности, процесс коррекции оправданно рассматривать как детерминированный. Особенностью подавляющего большинства корректирующих маневров все же является их вероятностный характер, обусловленный природой возникающих ошибок и статистическим методом обработки результатов измерений.
Маневр сближения определяют как процесс, при котором осуществляется встреча КА с другим аппаратом или выведение его в некоторую окрестность объекта встречи с заданными характеристиками относительного движения. Сближение, завершающееся встречей аппаратов на орбите, относят к числу наиболее сложных научно-технических проблем космонавтики, имеющих важное значение для успешного освоения космического пространства. Для современных и перспективных КА маневр сближения не ограничивается обязательно последующим непосредственным контактом двух аппаратов. При сборке, профилактическом обслуживании, транспортировке строительных модулей орбитальной станции, выполнении спасательных и ряда других операций маневрирование можно осуществлять не только для целей встречи, но и для удаления на требуемое расстояние, обеспечения совместного полета и облета КА. Отмеченные обстоятельства дают основания [109] выделить все маневры КА, осуществляемые в окрестности другого аппарата, в отдельный класс локальных маневров. В отличие от локальных орбитальные и корректирующие маневры, обладающие общностью, обусловленной единым характером граничных условий движения, относят к классу межорбитальных маневров.
Задача выполнения любого из рассмотренных типов маневров как управляемого движения КА может быть сформулирована в следующей постановке: определить величину и направление управляющего воздействия, переводящего КА из фиксированного начального в заданное конечное состояние за фиксированное время. Выполнение любого из маневров КА предполагает реализацию навигационного обеспечения полета.
Термин навигационное обеспечение полега применительно к решению задач маневрирования КА наиболее часто используют по отношению к неавтономной навигации, т. е. процессу навигации, осуществляемому с помощью наземного командно-измерительного комплекса (НКИК). Реализуемое с его помощью командное телеуправление позволяет решать как задачи межорбитального маневрирования (орбитальные переходы, «поддержание» орбиты, дальнее наведение при сближении аппаратов, коррекция полета лунных и межпланетных КА и т. д.), так и задачи локальных маневров.
При обеспечении навигации бортовыми средствами КА, работающими независимо от наземных систем и средств связи, обычно используют понятие автономная навигация. Наличие автономной навигации не исключает возможности использования КИК для получения первичной информации.
В любом случае технической реализации процесса навигации точность выполнения маневра будут непосредственно определять точностью воспроизведения (физического или математического /для бесплатформенных систем/ моделирования) на боргу КА выбранных базисных направлений [12]. В качестве сопровождающей системы координат при этом могут использовать различные координатные трехгранники осей, задаваемые на борту, как правило, с помощью ориентированной (выставленной) платформы, изолированной от углового движения корпуса КА с помощью карданова подвеса. Физическое моделирование координатных осей используют не только в задачах инерциальной навигации, но также и при ориентации «развязанного» координатора, предназначенного для определения параметров относительного движения аппаратов в процессе сближения, наведения различного рода оптических систем: телескопа, секстантов, астропеленгаторов на выбранные светила в процессе астронавигации и т. д.
Воспроизведение на борту КА выбранной системы отсчета предполагает не только придание платформе соответствующей ориентации, но и высокоточное поддержание ее в течение цикла навигации. При этом необходимо определение текущей ориентации платформы на основе обработки измерительной информации, выполнение коррекции и управление поддержанием ее ориентации с помощью специальной, часто весьма сложной, системы автоматического регулирования. Уровень конкретизации при изложении перечисленных вопросов определяют ориентированностью материала либо на задачи проектной, либо на задачи оперативной (исполнительной) баллистики [12], ставящей целью баллистическое обеспечение реального полета. Последнее потребовало бы привлечения высокоточных и достаточно громоздких математических моделей движения, отвечающих условию достижения требуемой точности полета современных КА, но в значительной степени усложняющих понимание физической сущности рассматриваемых процессов. Задачи проектной баллистики, на которые, главным образом, рассчитан последующий анализ, не требует столь высокой степени детализации и могут быть обсуждены в рамках подхода, отвечающего задаче двух тел (см. гл. 2).
|
