книги из ГПНТБ / Величко К.Ф. Основы теории полета управляемых баллистических ракет учебное пособие
.pdf- 120 -
Эксперимент о выходом человека в космос открывает перед наукой новые гориеонты. Фактически Алексей Леонов был "спут ником" космического корабля, стремительно летевшего над Зем лей. Осознав втот факт, нетрудно представить ту грандиов-г ность научной и конструкторской мысли, которая была воплоще на в инженерных и технических решениях, обеспечившие надеж ность работы космического корабля и скафандра со всеми их системами жизнеобеспечения. Например, система жизнеобеспече ния скафандра не только обеспечивала космонавта 'киолор'одом и предохраняла его от воздействия глубокого вакуума, но и гарантировала надежность выхода из корабля и вход в него, а также производство всех необходимых операций в состоянии невесомости.
Больших успехов в освоении космоса добились Соединен ные Штаты Америки..Их космонавты осуществили маневр и сты ковку в космосе.
Несомненно, штурм космоса будет продолжаться. Уже в на ши дни Советский Союз осуществил мягкую посадку автоматиче ской станции с телевизионной аппаратурой на поверхность
Луны и  | 
	передачу с нее  | 
	первого в мире Лунного репортажа.  | 
В  | 
	печати /5,127  | 
	нередко встречаются самые различию  | 
прогнова. Пользуясь ими , можно представить себе примерную последовательность событий в дальнейшем освоении космоса:
1. Полет  | 
	корабля вокруг Луны с человеком на  | 
борту и/возвращение его на землю -{968 гг .  | 
|
В* Создание орбитальной космической станции /ОКС/ с  | 
|
экипажем 3-5 человек -  | 
	1968-70 гг .  | 
3 .  | 
	Высадка человека на Луне - 1968-70 гг.  | 
	
  | 
4-  | 
	Создание крупной ОКС с экипажем 30-50 человек  | 
	-  | 
иЬ а-75  | 
	г г .  | 
	
  | 
5 .  | 
	Полет > Карсу и Венере обитаемого космического  | 
	ко  | 
рабля о возвращением на Землю - 1975-80 гг . 6. Высадка людей на Карсе - 1980-90 гг .
Сроки эти , конечно, довольно предположительны и лишь
- 12t
приблизительно отражают реальные возможности современной тех ники и экономики. Нельзя забывать, что успехи советской кос монавтики нередко опережают даже самые оптимистические планы лщдей, имеющих самое непосредственное отношение к науке yi тех нике.
Для чего же нудно освоение космоса?
Можно выделить  | 
	четыре группы вадач.  | 
|||
1 -  | 
	
  | 
	я группа задач  | 
	связана с исследованием Земли и ее  | 
|
атмосферы:  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
а )  | 
	-  | 
	глобальная радио и телесвязь;  | 
||
б )  | 
	-  | 
	обеспечение  | 
	морской  | 
	и врэдушной навигации;  | 
в) - геофизические, метеорологические наблодения и изме рения /геодезическая привязка, измерение магнитных полей Зем ли, уточнение формы Земли и т . д . / .
Спутники геодезической системы могут быть использованы-
для следу1ощих целей:  | 
	
  | 
|
-  | 
	исследования строения Земли  | 
	и изучения ее эволюции;,  | 
-  | 
	исследования горизонтальных  | 
	и вертикальных смещений  | 
материков и островов; .  | 
	4  | 
|
-разработки способов предсказания ввмлетрясений;
-разработки навигационных систем, использукщих спутники;
-измерения гравитационного потенциала Земли с высокой точностью;
-сравнения и оценки различных бортовых геодезических приборов с целью их усовершенствования;
-уточнения координат наземных станций слежения за спут
никами и калибровки оборудования атих станций.
Одна орбиталвная космическая станция заменит сотни об серваторий и поможет решить такие вадачи, которые им не под аилу.
2- я группа задач - связана с тем-, что ОКС находится в таких условиях^как: глубокий вакуум, прозрачность окружающей среды, невесомость, интенсивные солнечная и космическая радиации, воссоздание этих условий'для их изучения на Земле затруднительны и даже невозможны.
- 122 -
3 - я группа задач - ОКС могут выступать в роли связу щего ввен.1 между Землей и другими планетами, т .е . стартовой базой для межпланетных путешествий и доже открытия других миров.
  | 
	4-  | 
	я группа '8вдач связана с  | 
	военным применением ко  | 
||
са.  | 
	Применение космических  | 
	летательных  | 
	аппаратов позволит  | 
||
решить  | 
	следующие задачи:  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
,  | 
	— Ф о т о р а зв е д к а наземных целей, радиотехническая раз  | 
||||
ведка ;  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	-  | 
	создание глобальной  | 
	сети  | 
	метеорологической разведки;  | 
|
  | 
	-  | 
	создание глобальной  | 
	сети  | 
	радиосвязи армии, ВВС и ВМС;  | 
|
-радионавигация подводных лодок-ракетоносцев, надвод ных кораблей;
-связь геодезических сетей различных государств и при
вязка целей к боевым позициям ракет;
-опознавание назначения и уничтожение, военных, опутнийов ь космосе;
-предупреждение о ракетном ударе до подхода ракет к
це л » ;
-уничтожение ракет противника на активном участке траектории;
-создание орбитальных космических станций с запасом ядерного оружия для поражения наземных целей ив космоса.
Возможны и другие  | 
	применения  | 
	космического  | 
	пространства  | 
|
в военных целях. Так,в  | 
	США уже  | 
	в  | 
	1960 году была  | 
	составлена  | 
15-летняя программа разработки  | 
	и  | 
	вывода на орбиты космиче  | 
||
ских средств военного  | 
	назначения.  | 
	<  | 
	
  | 
|
'Американское правительство ассигнует на исследование
ивоенное освоение космоса огромные средства.
-Согласно ориентировочной оценке, общие ассигнования
НАСА и МО на исследование и использование  | 
	космоса в период„  | 
|
с 1957  | 
	по 1970 финансовый годы составят 90  | 
	млд долларов.  | 
Как известно, советское правительство  | 
	не £аз выступало  | 
|
за то,  | 
	чтобы космоо служил только мирным, научным целям,  | 
|
требуя  | 
	запрещения использования всеми странами мира косии-  | 
|
- 123 -
ческого пространства в военных целях, несмотря на ведущее
положение  | 
	в деле освоения космоса, о чем  | 
	свидетельствует  | 
|
договор от  | 
	28.1.1967 .  | 
	
  | 
|
В данной главе будут рассмотрены основные сведения о  | 
|||
движении космических аппаратов в космоое.  | 
	'  | 
||
  | 
	
  | 
	/  | 
	
  | 
5  | 
	2 .  | 
	Траектории космических аппаратов  | 
|
п .1 .  | 
	Классификация траекторий космических  | 
||
  | 
	
  | 
	аппаратов  | 
	
  | 
Вое космические аппараты /КА/ могут быть разделены на две основные группы: орбитальные и маневрирующие.
Орбитальные аппараты не обладают способностью маневри ровать. у втих аппаратов такая траектория полета в космосе, параметры которой не изменяются о момента отделения КА от ра кеты-носителя. Однако они могут иметь систему, которая .по зволяет осуществлять угловую ориентацию и посадку.
Маневрирующие аппараты способны наменять параметры траектории в полете. Ивменение параметров траектории проис ходит под действием сил,создаваемых специальной двигатель ной установкой.
По характеру траекторий различают следующие виды косми ческих аппаратов:
1 - околопланетные, совершающие полет по орбите вокруг какой-то определенной планеты /околовемные, окололунные и
т.д ./;
-межпланетные, совершающие полет о одной планеты на
другую. •  | 
	'  | 
п.2* Участки околоплайетной траектории движения  | 
|
космических аппаратов  | 
	
  | 
Типичная траектория управляемого КА  | 
	/р и с .з'.1 /, совер  | 
шающего движение вокруг Землиf содержит такие участки:
- 124 -
1. Активный участок /ОК/
2. Баллистический участок /КА.ВС/.
3 . Участок манев рирования /кВ, СДЕ/.
4 . Участок спус ка и посадки
/СДИ1/.
1 . Активный участок начинается от -точки старта и про должается до точки выключения двигательной установки ракеты /к /. Полет происходит под действием различных сил/главной иэ которых является сила тяги / и определяется законами ракетодинамики.
2- Наибольший участок траектории-вто участок полета ' КА по баллистичеййой траектории. Этот участок еще называют орбитой. Характер орбиты и длительность полета КА по орбите полностью определяются начальными условиями полета по нему,
* .е . радиусом-вектором начальной точки полета  | 
	~L* ,  | 
	скоростью  | 
в этой точке V*- и углом наклона вектора скорости  | 
	к мест  | 
|
ному горизонту Ок . Орбитальный полет определяется законами  | 
||
небесной механики.  | 
	
  | 
	
  | 
3.\_участки маневрирования используются для изменения  | 
||
Орбиты. Характер орбиты после маневрирования  | 
	определяется  | 
|
  | 
	-  | 
	125  | 
	-  | 
	
  | 
новыми начальными  | 
	условиями полета  | 
	7* ; V*  | 
	; 6 * , которые  | 
|
заданы К£ в точке  | 
	выключения двигателей "в" посл'^ завершения  | 
|||
маневра /р и с .3 -1 /.  | 
	Участок маневрирования СДЕ начинается посы  | 
|||
ле участка торможения СС* и включает в себя участок балли  | 
||||
стического полета С*ДЕ.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
4. участок спуска и посадки начинается  | 
	после участка  | 
|||
б а л л и с т и ч е с к о г о  | 
	П О Л Е Т А l c .  | 
	тормошения.  | 
	ПолРТ.НазтоМЧкасг-  | 
|
ке осуществляется  | 
	под действием силы тяжести и аэродинами  | 
|||
ческих сил и определяется законами аэродинамики.  | 
||||
п .З . Элементы и параметры  | 
	траектории движения  | 
|||
  | 
	космических аппаратов  | 
	
  | 
||
Рассмотрим элементы и параметры эллиптических орбит, когда орбитальная скорость полета КА не превышает значения . второй космической скорости, позволяющего НА выйти за преде лы данного небесного тела. На рисунке 3*2 показана эллипти ческая околоземная орбита АВПН, по которой движется КА со
скоростью  | 
	V  | 
	и ев  | 
	проекция на извращающуюся земную поверх  | 
||||
ность Ац  | 
	Bj_•  | 
	П^, Hi?  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	На рисунке 3 .2  | 
	приняты следующие обозначения:  | 
|||||
а -  | 
	большая полуось эллипса /орбиты/' - АЦ;  | 
||||||
в - малая полуооь эллипса ДЦ;  | 
	
  | 
	
  | 
|||||
R -  | 
	радиус Земли;  | 
	•  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
О -  | 
	перигей -  | 
	ближайшая к поверхности Земли точка орбиты;  | 
|||||
А -  | 
	апогей  | 
	-  | 
	наиболее удаленная  | 
	от поверхности Земли точка  | 
|||
  | 
	орбиты;-  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
Нл,  | 
	Нп -  | 
	расстояние  | 
	от апогея  | 
	и перигея до поверхности  | 
|||
  | 
	
  | 
	Земли;  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
АП - линия апсид. Линия апсид совпадает  | 
	о большой осбю  | 
||||||
  | 
	эллипса,  | 
	а точки  | 
	П и А находятся в  | 
	вершинах эллипса  | 
|||
  | 
	САСПД).  | 
	а  | 
	
  | 
	Н а » Нп + 2 R  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	t3.1>  | 
|||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	2  | 
|||
-126 -
В- восходящий увел орбиты, это точка,- в которой орбита пере
секает плоскость экватора при переходе КА ио. южной полу сферы в северную.
Н - нисходящий увел орбиты, вто точка, в которой орбита пере секает плоскость экватора при переходе КА из северной полуоферы в южную.
ВНлиния уэлов.
Рис.3.2
$орыа и размеры эллиптической орбиты определяются эксцентриситетом орбиты / е / и размером большой полуоси ПА/а/,
  | 
	
  | 
	- 127 -  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
значения которых определяют  | 
	параметры движения,  | 
	заданные ра-.  | 
|||||
кетой  | 
	космическому аппарату  | 
	в точке "К"  | 
	/  | 
	f K ,  | 
	V# ,  | 
	6 * / .  | 
|
  | 
	Положение космического  | 
	аппарата на  | 
	орбите  | 
	определяется'  | 
|||
двумя  | 
	параметрами: истинной  | 
	аномалией /  | 
	р  | 
	/  | 
	и временем про  | 
||
хождения космическим аппаратом фиксированной  | 
	точки  | 
	орбиты  | 
|||||
/ to/  | 
	•  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
Истинной аномалией называется угол,  | 
	отсчитываемый от  | 
||||||
перигея до местонахождения КА на орбите. Отсчет истинной аномалии производится от линии апсид /точки перигея/ по на
правлению движения КА. Расчет истинной  | 
	аномалии / £  | 
	/ доста  | 
||||||
точно сложен и поэтому в тех случаях,  | 
	когда  | 
	эксцентриситет  | 
||||||
орбиты небольшой / 6 <  | 
	0 , 01/  | 
	и орбита  | 
	близка  | 
	к круговой,  | 
||||
определяется значение  | 
	средней  | 
	аномалий  | 
	£ ср  | 
	.  | 
	При определе  | 
|||
нии р ср  | 
	делается допущение, что  | 
	КА движется  | 
	по орбите с  | 
|||||
постоянной  | 
	скоростью.  | 
	Поэтому под  | 
	средней аномалией  | 
	понимает  | 
||||
ся угол, заключенный между линией апсид и направлением из центра Земли в точку предполагаемого положения КА на орбите. Величина средней, аномалии определяется по формуле:
  | 
	
  | 
	
  | 
	? - Щ Р - i t - t o )  | 
	13.2)  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	Сер  | 
	Т '  | 
	
  | 
	
  | 
где  | 
	Т  | 
	-  | 
	период  | 
	обращения;  | 
	
  | 
|
  | 
	t  | 
	-  | 
	текущий момент  | 
	времени;  | 
	
  | 
|
  | 
	t 0 -  | 
	момент времени  | 
	прохождения фиксированной  | 
	точки  | 
||
орбиты /чаще всего точки перигея/.
Период обращения /Г /, время одного полного оборота КА вокруг Земли, определяется по формуле эллиптической теории
,/гл.П формула 2*58/,  | 
	которая преобразуется  | 
	к виду 3 .3 или  | 
3 .4  | 
	2<rra2 \ l i - t l  | 
	
  | 
  | 
	
  | 
|
'  | 
	Z* Vk cosQk  | 
	(3.3)  | 
Т =  | 
	f  | 
	(3.4)  | 
- Г 28 -
где  | 
	/ м - 3.9862.1014  | 
	- постоянная поля тяготения-  | 
t
З е м л и .
Положение орбиты в пространстве определяют параметры:
-прямое восхождение восходящего узла - это угол между линией увлов и направлением' на точку весеннего равно
денствия, т .е . на точку, в которой находится Солнце
. . ‘ 21 марта. В этой точке эклиптика пересекает плоскость экватора;
С- наклонение орбиты - угол между плоскостью орбиты и плоскоотью Земного экватора. При 90°> I ^ 0° направле ние движения КА совпадает с направлением вращения Зем ли;
CJ  | 
	- угловое расстояние  | 
	перигея -  | 
	угол  | 
	между линией  | 
	апсид  | 
||||||||
  | 
	
  | 
	и линией уадов.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	
  | 
	Таким образом,  | 
	положение орбиты  | 
	в пространстве  | 
	,  | 
	ее фор  | 
|||||||
ма,  | 
	раэмеры и положение КА на орбите определяются:  | 
	
  | 
	
  | 
||||||||||
  | 
	
  | 
	наклонением орбиты  | 
	
  | 
	-  | 
	I  | 
	;  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	
  | 
	прямым восхождением  | 
	
  | 
	восходящего узла  | 
	-  | 
	££  | 
	;  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	угловым расстоянием  | 
	
  | 
	перигея  | 
	-  | 
	cj  | 
	;  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	перигеем /или апогеем/ - ПСА) ;  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||
  | 
	
  | 
	эксцентриситетом  | 
	-  | 
	
  | 
	-Q ;  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	t Q\  | 
|
  | 
	
  | 
	временем прохождения КА через фиксированную точку  | 
|||||||||||
  | 
	
  | 
	истинной аномалией  | 
	-  | 
	
  | 
	j>  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	
  | 
	Рассмотрим на примерах вычисление некоторых параметров,  | 
|||||||||||
определяюцих движение КА по орбите.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||||
  | 
	
  | 
	ПРйуЯР 3 .1 .  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
  | 
	
  | 
	Искусственный спутник Земли выведен на орбиту в точку  | 
|||||||||||
ее  | 
	перигея /330 километров/ в 14  | 
	00/угол  | 
	бросания  | 
	вк= &/ о  | 
|||||||||
конечной скоростью,  | 
	равной  | 
	9 ,3 км/сек. /р и с .3 .3 /.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||||||
  | 
	
  | 
	Определить максимальное удаление спутника от поверхнос  | 
|||||||||||
ти  | 
	Земли /ап огей /,  | 
	характеристики орбиты  | 
	6  | 
	и  | 
	CL  | 
	,  | 
	период  | 
||||||
обращения (Т) и местонахождение  | 
	спутника  | 
	на  | 
	орбите  | 
	к 16 00.  | 
|||||||||
- 129 -
Дано: V«  | 
	-  | 
	9 ,3  | 
	км/сек  | 
в*  | 
	*  | 
	0 ° /  | 
	c o sfa x /  | 
Нп «  | 
	330 км  | 
||
to -  | 
	14 ч.ОО нив.  | 
||
^  | 
	*  | 
	16  | 
	ч.ОО мин.  | 
Рис.3.3
Иа эллиптической теории известно уравнение траектории 2.33. Ив этого уравнения получим значения радиуоов в точках
перигея / £ п /  | 
	при  | 
	?„ * 0° и в точке апогея  | 
	(  | 
	Хя )  | 
	при  | 
||||||
2л  | 
	= 180°,  | 
	предварительно вычислив  | 
	по формуле 2.34 -  | 
	0 ,  | 
|||||||
2.35  | 
	- Р и 2-3&- В . t  | 
	учитывая , что  | 
	7 * = Р + Нп . 1  | 
	
  | 
|||||||
  | 
	I  | 
	-  | 
	у?  | 
	
  | 
	9 ,3 2 .106  | 
	
  | 
	1,45546  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	8,868.6,701.106 *  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	Р ■= 'гЛ со*в* = 6701.1,45546  | 
	= 9753,0075  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||||
  | 
	9  | 
	=\^1  | 
	- V)  | 
	(2 -  | 
	\) )cos*Q^ f  | 
	1-0,792556  | 
	-  | 
	0.455  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	Р  | 
	9753,04  | 
	17895,48  | 
	км  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	1 - е  | 
	
  | 
	1 - 0,455  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
  | 
	//* -  | 
	Х я -Р  | 
	- 17895,48 -6371 -  | 
	11524.48  | 
	км  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
