1.3. Конструктивно-компоновочные требования к ка
При компоновке КА должны быть учтены требования по оптимальному функционированию основных систем, в том числе управления, стабилизации и ориентации, а также обеспечено рациональное размещение приборов и оборудования с учетом удобства их монтажа, сборки, транспортировки и испытаний. Одним из обязательных условий при компоновке КА является обеспечение заданного положения его центра масс по отношению к продольной оси КА, от которого зависят управление и стабилизация КА, что особенно важно при его спуске.
Таким образом, конфигурация КА и его конструктивно-компоновочная схема во многом определяются назначением, видом траекторий и совершаемых операций, составом оборудования и систем, размещаемых на КА, а также условиями их функционирования. Так, например, на пилотируемых космических кораблях должно быть предусмотрено создание условий для работы и отдыха экипажа, а также для покидания корабля, в том числе принудительного — с помощью системы аварийного спасения (САС).
При выборе конструктивно-компоновочных решений учитываются массовые и габаритные ограничения, определяемые возможностями соответствующих ракет-носителей, призванных выводить КА на орбиту, условиями возвращения КА на Землю, особенностями размещения приборов и систем, числом стыковочных узлов, возможностями для модернизации (развития) КА на орбите (например, при стыковке новых модулей) и другими особенностями.
Если при полете КА в космическом пространстве его формы практически не влияют на аэродинамическое сопротивление (только на моменты инерции в работе систем ориентации и стабилизации), то при его полете в пределах атмосферы это влияние может быть очень существенным. Поэтому КА помещается под обтекатель, который сбрасывается в разреженных слоях. После выхода на космическую орбиту и сброса обтекателя космический аппарат обычно «раскрывается»: выпускаются панели солнечных батарей, антенны и другие конструкции. Иногда КА на орбите перестраивается: меняется порядок соединения блоков, их ориентация.
Особые требования по аэродинамике предъявляются воздушно-космическим аппаратам, посадка которых производится по-самолетному (Спейс Шаттл, Буран).
1.4. Орбитальный полет Основы движения космических аппаратов
Орбитой называется траектория движения летательного аппарата (тела) под воздействием притягивающего центра на основе закона всемирного тяготения. По орбитам движутся все небесные тела (звезды, планеты и их спутники, астероиды, кометы), а также космические аппараты и другие аппараты в свободном полете.
При движении космических аппаратов по орбитам на их траекторию оказывают влияние различные притягивающие центры (Земля, Луна, Солнце, планеты). Однако на каждом участке траектории какое-либо из этих небесных тел оказывает наибольшее влияние, т.е. является главным притягивающим центром для КА. Именно оно и определяет форму орбиты, ее параметры, а другие небесные тела за счет своего гравитационного поля, создают дополнительные воздействия на космические аппараты. Эти воздействия проявляются в искажениях формы орбиты либо в дополнительных скоростях, которые необходимо учитывать при выборе формы траектории и управлении полетом КА.
Форма орбит зависит
от скорости разгона
и расстояния
от притягивающего центра
и обычно представляет собой окружность,
эллипс, параболу или гиперболу. Для
аппаратов, часть полета которых проходит
в атмосфере планет, орбита может менять
свою форму за счет возникающих на
аппарате аэродинамических сил.
При орбитальном полете возможно два вида движения: активное и пассивное (рис. 1.1).
На активном участке орбиты включен ракетный двигатель, создающий импульс тяги, поэтому КА может совершать управляемое движение в соответствии с величиной и направлением создаваемого двигателем импульса сил. Активный участок используется для изменения формы орбиты.
На пассивном участке полета двигатель выключен, и движение КА по орбите осуществляется строго в соответствии с законами всемирного тяготения и небесной механики.
Для исследования орбит КА в механике космического полета обычно используются геоцентрическая (совмещенная с центром Земли) или гелиоцентрическая (совмещенная с центром Солнца) системы координат.
На космический аппарат в орбитальном полете действуют прежде всего силы тяготения небесных тел, из которых одна из сил притяжения является главной. Поэтому движение КА можно рассматривать в центральном поле тяготения. Такое невозмущенное движение называется кеплеровым движением.