Путешествие в космос - Баллистика и навигация космических аппаратов

Баллистика и навигация космических аппаратов

Глава 10. Маневры орбитального перехода

Теория маневров орбитального перехода имеет свою предысторию, отсчет времени существования которой относится к 20-м годам прошлого столетия. Так, в частности, именно в эти годы было впервые введено получившее впоследствии широкое распространение понятие импульсных маневров, использованное в то время рядом авторов при исследовании проблем движения межпланетных аппаратов в сфере действия Солнца. Обоснованность введения гипотезы о мгновенном изменении величины и направления вектора скорости при выполнении такого маневpa базировалась на том, что время работы двигателя, требуемое для изменения скорости межпланетного аппарата на необходимую величину, мало по сравнению со временем перехода с орбиты одной планеты на орбиту другой.

Следующим фундаментальным результатом данной теории послужили исследования В. Гомана (В. Хоманна) [120] в области обоснования оптимальности так называемого «гомановского перехода» между компланарными (лежащими в одной плоскости) круговыми орбитами. Этот переход основывался на идеализированной двухимпульсной схеме, предусматривающей приложение импульсов в начале и конце маневра по касательной соответственно к начальной и конечной орбитам.
Траектория перехода представляла собой полуэллипс с перицентром на начальной и апоцентром на конечной орбите (см. гл. 4). Строго говоря, сам В. Гоман, утверждая, что предложенная им схема требует для реализации наименьшего потребного суммарного импульса, не привел математического доказательства ее энергетической оптимальности. Это было сделано значительно позднее Дж. Лоудеыом.

Последующие исследования, выполненные в частности A.Штерттфельдом, показали, что если отношение радиусов конечной и начальной орбит превосходят некоторое значение, то может существовать и более экономичная, чем двухимпульс-ная, трехимпульсная схема межорбитального перехода по так называемой обходной переходной орбите. Необходимо упомянуть здесь и интересный результат, полученный Ф. А. Цандером в части минимизации энергетических затрат для одноим-пульсного маневра перехода с начальной на конечную компланарную орбиту, имеющие общую точку.

К середине XX в., а точнее к середине 70-х гг., данный раздел теории космического полета трудами многих отечественных и иностранных исследователей подучил исчерпывающее развитие. Наиболее полное его изложение содержится в работах К. Эрике [120], В. М. Пономарева [80], В. В. Ивашкина [44], B. А. Ильина и Г. Е. Кузмака [45] и др.

Не имея возможности представления в настоящем учебнике детального обзора полученных результатов в соответствующей области, ограничимся обсуждением основных положений.

Начнем с краткой классификации возможных типов маневров орбитального перехода.

В зависимости от взаимного расположения и видов (геометрических характеристик) начальной и конечной орбит различают:

► компланарные и некомпланарные переходы;

► маневры перехода между круговыми (квазикруговыми), эллиптическими, гиперболическими орбитами и их комбинации.

В зависимости от взаимного расположения больших осей рассматриваемых орбит между компланарными некруговыми кеплеровыми орбитами выделяют:

► соосные переходы;

► весоосные переходы.

В зависимости от физической природы ускорений, используемых для изменения направления движения КА, маневры подразделяют на

► пассивные;

► смешанные.

Активные или ракетодинамические маневры реализуют за счет ускорения, создаваемого двигательной установкой КА. Указанный тип маневров является основным видом маневра орбитального перехода. Пассивные маневры осуществляют за счет формирования ускорений, обусловленных действием внешних сил (гравитационных, аэродинамических). Примером аэродинамического пассивного маневра может служить спуск в атмосфере планеты КА с аэродинамическим качеством. Выполнение гравитационного пассивного маневра основывают на использовании рассмотренного ранее (см. §3.1) пертурбационного эффекта.

Область применения пассивных маневров весьма ограничена. Более эффективными являются смешанные (комбинированные) маневры: ракетоаэродинамический маневр и маневр на основе пертурбационного эффекта с импульсной коррекцией. Данный тип маневров позволяет существенно улучшить многие баллистические характеристики траекторий КА [33].

В зависимости от величины и относительной продолжительности действия управляющего ускорения активные маневры, рассмотрению которых, как основному типу маневров в космосе, в дальнейшем отдается предпочтение, делят на:

► маневры под действием импульсной тяги или, иначе, импульсные м аневры;

► маневры под действием непрерывной тяги. Выделенные типы маневров, как правило, связывают с энергетическими возможностями и принципом действия используемых маршевых двигательных установок КА. Последние подразделяют на двигатели большой (на химическом и ядерном топливе) и малой (электроракетные двигатели) тяг. Следует иметь в виду, что «импульсные маневры» представляют собой не более как удобную для анализа математическую абстракцию, более или менее адекватно отражающую в ряде случаев реальный физический процесс. При импульсной аппроксимации действие силы тяги сводится к скачкообразному изменению скорости лета без изменения координат КА за время работы двигателя. Учитывая то обстоятельство, что это время обычно значительно меньше времени орбитального перехода, такое допущение оказывается оправданным. Поскольку при этом гравитационные потери не учитывают, удовлетворительная оценка необходимых энергетических затрат на маневрирование может быть выражена через ТРЕБУЕМЫЙ ЗАПАС ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ. Именно это обстоятельство приводит к широкому использованию допущения об импульсном изменении скорости КА при выполнении маневра под действием двигателя большой тяги в рамках решения задач проектной баллистики. Характерной особенностью выполнения маневров при применении двигателей малой тяги является то, что создаваемое ими управляющее ускорение мало по сравнению с местным гравитационным ускорением. Это исключает возможность использования импульсной аппроксимации [66].

<<<Назад Страница 92 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz