Тема 5 Силы, учитываемые при моделировании движения ка
По сложившейся традиции математическое моделирование движения различных тел является целью и предметом исследования трёх наук: теоретической механики, баллистики и динамики движения различных тел, в том числе и КА.
К сожалению, не существует достаточно точных и установившихся определений этих наук, однако в настоящее время в этом нет никакой необходимости, поскольку с позиции более строгого, математического подхода облик конкретной модели движения определяется требованиями точности моделирования, а не принадлежностью разрабатываемой модели к той или иной названной науке.
На любое физическое тело воздействует бесконечное множество сил, имеющих различную природу и отличающихся по величине и направлению. Не вызывает сомнения, что, чем большее их число, будет учтено в математической модели, тем точнее она будет отображать реальный процесс.
В то же время известно, что с ростом количества учитываемых сил возрастает сложность и «громоздкость» математической модели, приводя в итоге к снижению её компьютерной эффективности. Следовательно, необходимо стремиться к минимальному составу учитываемых сил без ущерба для точности математической модели.
Другими словами, рациональные или оптимальные математические модели должны учитывать ровно столько действующих на КА сил, сколько необходимо для обеспечения требуемой точности моделирования.
Основные силы, действующие на ка в полете
При моделировании различных этапов полета КА в солнечной системе рекомендуется учитывать следующие силы (на начальных стадиях проектирования космического комплекса):
А) ВНЕШНИЕ СИЛЫ
гравитационные силы Солнца, планет солнечной системы, спутников планет и других небесных тел (определяющие науки: Математика, Физика, Теоретическая механика, Баллистика, Динамика полета, Статистическая динамика);
аэродинамические силы, действующие на КА при полете в атмосферах планет (определяющие науки: Математика, Физика, Аэродинамика, Динамика полета, Статистическая динамика);
силы давления различных излучений, например световое давление от Солнца (определяющие науки: Математика, Физика, Баллистика, Динамика полета, Статистическая динамика);
силы одиночных столкновений с микрометеоритами и космической пылью (определяющие науки: Математика, Физика, Баллистика, Динамика полета, Статистическая динамика).
Б) ВНУТРЕННИЕ СИЛЫ
различные реактивные силы, обусловленные перемещением, вращением или колебанием массивных тел (твердых, жидких, газообразных) внутри КА (определяющие науки: Математика, Физика, Динамика полета, Статистическая динамика);
кориолисовы силы, возникающие в результате взаимодействия вращения корпуса КА и внутреннего движения различных тел, жидкостей и газов (определяющие науки: Математика, Физика, Теоретическая механика, Динамика полета, Статистическая динамика);
В) СИЛЫ ТЯГИ, создаваемые различными движителями:
двигательными установками, работающими на химических компонентах рабочего тела (топлива) (определяющие науки: Математика, Физика, Динамика полета, Статистическая динамика);
электрореактивными двигательными установками, использующими мощное электрическое поле (определяющие науки: Математика, Физика, Динамика полета);
солнечными парусами (определяющие науки: Математика, Физика, Динамика полета, Статистическая динамика).
Каждая из перечисленных сил или групп сил имеет свою физическую и математические модели разной точности. По существу, каждая модель силы разрабатывается на основе отдельной науки либо направления науки, либо соответствующей теории.
Например, моделированию аэродинамических сил, действующих на КА посвящена целая наука аэродинамика, имеющая много разветвлений и разделов, которые развивались в соответствии с множеством моделей аэродинамических сил, действующих в различных средах, на различных скоростях движения КА и на аппараты различной формы.