книги из ГПНТБ / Балахонцев Б.Г. Сближение в космосе

ближнего наведения предъявляются различные требо­ вания. Если конечной задачей сближения является не­ посредственный контакт двух объектов при значитель­ ных скоростях встречи, совместный их полет на некото­ ром расстоянии в течение определенного времени или пролет маневрирующего аппарата мимо цели, то эти конечные условия могут быть выполнены в процессе этапа ближнего наведения. Если же сближение КА дол­

тренными схемами может осуществляться при сближе­ нии с участка выведения КА на орбиту или при сбли­

ния может быть компланарной или некомпланарной по отношению к плоскости орбиты цели.

При изучении сближения КА с компланарной про­ межуточной орбиты чаще всего рассматривают переход КА по эллипсу Хомана, биэллиптический и полутанген­ циальный переходы. Дальнее наведение при неком­ планарной орбите ожидания должно включать маневр совмещения плоскостей орбит и маневр фазирования. Эти два маневра могут выполняться раздельно или сов­

компланарной орбиты ожидания. Обстоятельному изло­ жению вопросов дальнего наведения посвящена гл. I I I .

Управление сближением КА на этапе ближнего на-

11

ведения может осуществляться либо с помощью мето­ дов, основанных на использовании законов орбиталь­ ного движения, либо с помощью методов, при которых законы орбитального движения не учитываются [11].

К методам первой группы относятся различные им­

Для реализации этих методов наведения помимо параметров относительного движения сближающихся объектов необходимо иметь данные об орбитах цели и маневрирующего аппарата. Для реализации методов наведения второй группы достаточно иметь информа­ цию только о параметрах относительного движения. Методы наведения, не использующие законы орбиталь­ ного движения, отличаются простотой приборной реали­ зации, но энергетические затраты на осуществление про­ цесса сближения при пользовании этими методами зна­ чительны.

К методам наведения второй группы могут быть от­ несены: прямое наведение, методы погони и накрытия цели, параллельное сближение, метод пропорциональ­ ной навигации и др. Подробному рассмотрению мето­ дов наведения, основанных на использовании законов орбитального движения, посвящена гл. IV, а рассмотре­ нию методов наведения, при которых законы орбиталь­ ного движения не используются, гл. V.

На участке причаливания задача управления сбли­ жением заключается не только в обеспечении опреде­ ленного закона относительного движения центров масс двух объектов, но и в управлении взаимной ориентацией их корпусов. Принципиально достаточно управлять ори­ ентацией маневрирующего аппарата, однако во многих случаях выполнение стыковки значительно облегчается, если одновременно производится управление ориента­ цией двух объектов. В противном случае от КА может потребоваться выполнение сложных маневров вокруг цели.

12

симметрией, то задача ориентации упрощается и сво­ дится к обеспечению совпадения продольных осей сты­ куемых объектов.

У,

С Б Л И Ж Е Н И Е М КА

Управление сближением КА рассматривается как задача встречи двух движущихся объектов. Для наве­ дения КА могут быть использованы принципы теле­ управления и самонаведения.

Однако управление сближением КА имеет целый ряд особенностей. Так, для обеспечения «мягкой» встречи КА необходимо сочетание нулевого промаха с нулевой относительной скоростью в момент встречи. Процесс управления сближением в этом случае длится

В тех случаях, когда решается задача встречи коопе­ рируемых (сотрудничающих) КА, на объекте, с кото­ рым осуществляется сближение, может быть установ­ лена специальная аппаратура, облегчающая управление

13

сближением (например, радиомаяки, ответчики и т. п.). Это обстоятельство приводит к тому, что принципиаль­ но можно рассматривать целый ряд способов управле­

Рис. 1.5. Способы управления сближением КА:

связи; 5 — канал управления

При телеуправлении 1-го вида управление сближе­ нием КА осуществляется по данным наземных измери­ тельных средств. Этот способ можно использовать только на этапе дальнего наведения.

При телеуправлении 2-го вида управление сближе­ нием КА осуществляется по измерениям, проводимым с борта маневрирующего аппарата, а при телеуправ­ лении 3-го вида — с использованием измерительных средств, расположенных на цели. В том и другом слу­

14

получать существенное уменьшение массы бортовой аппаратуры.

Телеуправление 4-го вида может применяться в том случае, когда необходимо осуществить наведение спе­ циального устройства перемещения (УП), запускаемого с КА для встречи с целью. Измерение параметров отно­ сительного движения и выработка команд управления

менение указанного вида телеуправления, можно, на­ пример, отметить задачу управления специальными устройствами перемещения в открытом космосе. Необ­ ходимость создания подобных УП вытекает из потреб­ ности выполнения целого ряда операций в открытом космосе, таких, как сборка орбитальных станций, транс­ портировка экипажа и грузов между КА, ремонтные ра­

космосе, посвящена гл. V I .

При самонаведении весь основной комплекс необхо­ димой аппаратуры располагается на маневрирующем аппарате. Измерительные устройства могут работать совместно со вспомогательной аппаратурой пассивного объекта (радиолокационные ответчики, источники ин­ фракрасного излучения и т. п.). Это позволяет повы­ сить точность измерения параметров относительного движения.

При наведении на себя аппаратура для измерения параметров относительного движения и вычислительное устройство, вырабатывающее команды управления, рас­ полагаются на цели (на космической станции). Приме­ нение этого способа управления целесообразно при соз­ дании больших космических станций, когда произво­ дится последовательная стыковка нескольких КА и на одном из них находится оператор-космонавт. Последний может активно вмешаться в управление процессом сбли­ жения. Наведение на себя требует наличия командной радиолинии. Все это несколько увеличивает массу мане­ врирующего аппарата.

15

поле зрения наземного командного пункта. Телеуправ­ ление 4-го вида, самонаведение и наведение на себя свободны от этого недостатка.

Для осуществления сближения КА необходимо в каждом случае вполне определенное управление векто­ ром тяги. При этом чаще всего рассматривают два принципиально различных способа создания тяги в тре­ буемом направлении — полярный и декартовый. Соот­ ветственно этому различают п о л я р н о е и д е к а р т о ­ в о е управление.

р

Рис. 1.6. Способы создания тяги в требуемом направлении при управлении КА:

а — полярном; б — декартовом; в — промежуточном

При полярном управлении для реализации маневра используется один маршевый двигатель, закрепленный на корпусе аппарата (рис. 1.6, а). Направление вектора тяги Р изменяется поворотом корпуса КА.

При декартовом управлении на КА устанавливаются шесть двигателей по трем взаимно перпендикулярным осям (рис. 1.6,6). Плавное регулирование тяги этих двигателей_может обеспечить нужное направление век­ тора тяги Р без изменения ориентации аппарата и без маневра на переориентацию КА. В этом заключается одно из основных преимуществ декартового управления по сравнению с полярным, так как задержки на пере­

16

нести большую конструктивную сложность, меньшую

тем, что при декартовом управлении суммарный вектор тяги Р является геометрической суммой составляющих

Рх\, Ру\, Рг\ по трем взаимно перпендикулярным осям. Помимо двух рассматриваемых способов управления вектором тяги для сближения КА может быть использо­ ван еще один — промежуточный между полярным и де­ картовым. Маневрирующий аппарат в этом случае имеет три двигателя, два из которых расположены по

на некоторый угол и подобрать необходимое соотноше­ ние тяг бокового двигателя и одного из двух двигате­ лей, расположенных вдоль продольной оси.

но сложная. Поэтому в большинстве случаев для управ­ ления сближением КА используются маршевые двига­ тели, тяга которых не регулируется, а может принимать нулевое или максимальное значение. Управление дви­ жением в таких системах заключается в проведении им­ пульсных коррекций вектора скорости КА. ГЗеличина и направление корректирующего импульса АѴ рассчиты­ ваются бортовым вычислительным устройством, которое управляет ориентацией КА и выдает команды на вклю­ чение и выключение двигателей.

В случае полярного управления с использованием двигателя постоянной тяги, работающего в режиме «включено — выключено», управление заключается в совмещении линии действия тяги с направлением век­ тора АѴ. Для декартового управления этот вектор рас-

17

Г л а в а I I

УР А В Н Е Н И Я О Т Н О С И Т Е Л Ь Н О Г О

ДВ И Ж Е Н И Я КА ПРИ С Б Л И Ж Е Н И И

§ 2.1. С И С Т Е М Ы К О О Р Д И Н А Т И М А Т Р И Ц Ы

вые прямоугольные, цилиндрические и сферические си­ стемы. Вид и число систем координат, используемых для описания движения, определяются классом решаемой за­ дачи, ее сложностью, а также степенью полноты учета сил и моментов, действующих на КА.

При введении систем координат, используемых при решении задач сближения двух КА, необходимо учиты­ вать, что чаще всего требуется знать параметры движе­ ния одного КА относительно другого, и поэтому движе­

с целью, движение которой происходит по геоцентриче­ ской кеплеровой орбите. Движение же самой цели целе­

Г О С . ПУС-Л І Ч Н А Я Ь А> Ч Г О - Т І Х - :ІЧ £ СНА . ?І

Б И Б Л И О Т Е К А CGC?»