Перспективы применения режима колебаний связки для спуска объектов с орбиты на Землю

Режиму колебаний связки на круговой орбите соответствуют замкнутые фазовые траектории динамической системы экспоненциального метода управления, расположенные в области фазовой поверхности, заключенной между сепаратрисами системы. Осуществление спуска с применением режима колебаний позволяет более эффективно, чем при равновесном режиме, решать задачу спуска с орбиты вследствие дополнительного торможения СА за счет относительной скорости вращения связки в процессе колебаний. Расцепление ТС целесообразно производить в момент прохождения связкой вертикального положения и в той фазе колебаний, когда направления угловой скорости ТС и орбитальной угловой скорости ЦМ связки совпадают.

Точка расцепления ТС является апогеем траектории спуска. Используя закономерности движения связанных объектов, можно получить расчетные зависимости для основных характеристик траектории спуска:

Производя расчеты гп по (3.49) при фиксированных значениях г0 и безразмерной угловой скорости П вх для серии уменьшающихся значений D, можно найти то значение D =Z)min, при котором гк в- В табл. 4.7 приведены результаты расчетов Z)min для ряда значений г0 при изменении угловой скорости ?2ор от 0 до 1,581. Значение Qop =1,581 соответствует максимальной амплитуде колебаний связки, когда трос еще находится в натянутом состоянии. Видно, что с увеличением угловой скорости величина Z>min уменьшается. Поэтому для спуска целесообразно использовать колебания с максимальной амплитудой колебаний 65°55'.

В первой строке табл. 4.7 приведены значения Z)min для Qop =0, т.е. при спуске из равновесного стационарного режима. При спуске из режима колебаний (последующие строки) Z)min почти в 2 раза меньше, чем для равновесного режима.

Таблица 4.7. Значения Z?m1n, км,для спуска из режима колебаний

Характе-

ристика

^ор

Го, км

6 621

6 671

6 771

6 871

7 071

7 371

0

21,7

29,1

44,1

59,3

90,4

139,0

0,3

18,5

24,8

37,6

50,6

77,2

118,8

0,6

16,2

21,7

32,8

44,1

67,4

103,7

0,9

14,3

19,2

29,1

39,2

59,8

92,0

1,2

12,9

17,3

26,1

35,2

53,7

82,6

1,581

11,4

15,3

23,2

31,2

47,6

73,2

В табл. 4.8 представлены характеристики траекторий спуска из режима колебаний связки с максимальной амплитудой для г0 =6671км. Значения а, 9 вх, Евх, тбыли рассчитаны по (3.2)—(3.6) с использованием известного в механике космического полета выражения для большой полуоси эллиптической орбиты а. Сравнение характеристик, приведенных в табл. 4.2 и 4.8, показывает, что при одной и той же длине троса D угловая дальность Фвх и время полета т до входа СА в плотные слои атмосферы для режима колебаний почти в 2 раза меньше, чем при спуске из равновесного режима. Скорость входа СА в атмосферу VBX оказывается немного меньше, но модуль угла входа СА в плотные слои атмосферы |0ВХ| при спуске из режима колебаний значительно больше, чем при спуске из равновесного режима. В рассматриваемых вариантах угол входа в атмосферу увеличивался в 5 раз. Как и меньшая длина троса, увеличение угла входа является существенным преимуществом спуска с орбиты с использованием режима колебаний, так как позволяет повысить точность спуска в заданном районе. При спуске из режима колебаний связки, так же как и при спуске из равновесного режима, с увеличением длины троса!) эксцентриситет траектории спуска возрастает, а фокальный параметр этой траектории и ее большая полуось убывают. Угловая дальность траектории спуска уменьшается с ростом D, как и скорость входа СА в атмосферу. При увеличении длины троса модуль угла входа СА в плотные слои атмосферы сначала возрастает, а потом несколько уменьшается.

Таблица 4.8. Характеристики траекторий спуска из режима колебаний связки с максимальной амплитудой для г0 = 6671 км

Характери-

стика

D, км

30

50

100

150

е

0,02747

0,04460

0,08974

0,13265

р, км

6459

6 326

5 981

5 656

а, км

6 463

6 338

6 030

5 757

Фвх, град.

85,99

59,07

32,52

18,29

&вх, град.

265,99

239,07

212,52

198,29

^вх> град-

267,56

241,29

215,40

200,85

^вх> м/с

7844

7762

7556

7346

0ВХ, град.

-1,57

-2,29

-2,99

-2,73

т, мин

20,98

14,77

8,28

4,74

Спуск из режима колебаний связки с максимальной амплитудой также можно использовать для проведения испытаний летательных аппаратов (ДА) на баллистических траекториях и исследования условий входа в плотные слои атмосферы. Расчеты показали, что при длине троса D — 100 км может быть получена скорость входа VBX = 7556 м/с при угле входа |0ВХ | = 3°. Эти параметры траектории спуска ЛА отвечают баллистической траектории с эксцентриситетом е = 0,0897, фокальным параметром р = 5981 км и максимальной высотой траектории 200 км. Угловая дальность полета составляет 65°, что соответствует линейной дальности по поверхности Земли 7230 км.

Для определения характеристик коррекции орбиты ОС за счет использования ТС для спуска с орбиты из режима колебаний связки относительно вертикального положения равновесия воспользуемся подходом, который применялся при аналогичной оценке для равновесного стационарного режима движения ТС. Длина троса D2 между ОС и ЦМ связки и полная длина троса Х)2 (между СА и ОС) рассчитываются по (4.16), (4.17). Ранее D, определяющая длину троса между СА и ЦМ системы, обозначалась просто D. Так как расцепление связки производится в момент прохождения ею вертикального положения, радиусу, характеризующий удаление ОС от центра Земли на момент начала коррекции, определяется по (4.17). Для записи выражений, определяющих скорость ОС в момент расцепления связки V2 а, радиус апогея г, а также фокальный параметр р2 и эксцентриситет е2 новой орбиты ОС, воспользуемся зависимостями (3.37)—(3.42), в которые вместо D подставим D2, полученное по (4.17):

При заданной амплитуде колебаний тросовой системы Аг угловая скорость Q0p в момент прохождения связкой вертикального положения определяется выражением

которое получается из (3.38) с учетом значения е = 90°.

Точка расцепления ТС для ОС соответствует перигею ее новой орбиты. Поэтому радиус г равен г2, определяемому по (4.18).

Увеличение высоты полета ОС в апогее Ага и перигее Агп новой орбиты по отношению к первоначальному радиусу орбиты г0 вычисляется по (4.23), среднее увеличение высоты скорректированной орбиты — по (4.24), а приращение абсолютной скорости полета ОС — по (4.25).

Характеристики коррекции орбиты ОС за счет использования связки для спуска из режима колебаний ТС с максимальной амплитудой приведены в табл. 4.9. Для принятого соотношения масс СА и ОС т/т2 0,04 при г0 =6671 км с увеличением D с 30 до 150 км средняя высота полета ОС возрастает с 8,6 до 44,3 км, а приращение скорости полета ОС — с 3,60 до 17,95 м/с.

Таблица 4.9. Характеристики коррекции орбиты ОС за счет использования связки для спуска с орбиты из режима колебаний с максимальной амплитудой движения при г0 = 6671 км для т1г = 0,04

Характери-

стика

D, км

30

50

100

150

Dj, км

1,2

2,0

4,0

6,0

D?, км

31,2

52,0

104,0

156,0

Г2, КМ

6 672,2

6 6673,0

6 675,0

6 677,0

к,м/с

7 733,477

7 735,869

7 741,851

7 747,833

0, град.

0

0

0

0

Ръ км

6 679,599

6 685,335

6 699,692

6 714,071

е2

0,0011089

0,0018485

0,0036992

0,0058536

0 2а, град.

0

0

0

0

г,км

6687,015

6 697,719

6 724,566

6 753,604

^2ю

6 672,2

6 673,0

6 675,0

6 677,0

Ага, км

16,015

26,719

53,566

82,604

Агк, км

1,2

2,0

4,0

6,0

Агср, км

8,607

14,360

28,783

44,302

ДКа, м/с

3,599

5,982

11,963

17,945

Сравнение данных табл. 4.5 и 4.9 показывает, что применение режима колебаний ТС с максимальной амплитудой приводит к увеличению средней высоты полета ОС в 1,8 раза больше, чем для равновесного режима движения связки. При этом увеличение высоты перигея Агп для той и другой схем одинаково, так как Агп зависит только от . Увеличение высоты апогея новой ор

биты ОС для режима колебаний оказывается в 1,9 раза больше, чем для равновесного режима. С ростом Dx от 30 до 150 км при использовании равновесного режима значение Ага возрастает с 8,4 до 42,2 км, а для режима колебаний связки с максимальной амплитудой — с 16,0 до 82,6 км.

Таким образом, применение для спуска с орбиты режима колебаний связки с максимальной амплитудой позволяет осуществить значительную коррекцию орбиты ОС как по высоте, так и по скорости полета.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >