Определение вращательного движения орбитальных станций и анализ микрогравитационной обстановки при проведении космических экспериментов

• Автор: Бабкин, Евгений Вячеславович
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Определение вращательного движения орбитальных станций и анализ микрогравитационной обстановки при проведении космических экспериментов. Оглавление.
Введение
1. Мониторинг неуправляемого вращательного движения орбитальных станций
1.1. Задачи, решаемые мониторингом неуправляемого движения.
1.2. Уравнения вращательного движения станции.
1.3. Определение движения по измерениям бортовых магнитометров.
1.4. Определение движения по телеметрической информации.
1.5. Учет априорной информации о параметрах математической модели.
1.6. Закрутка станции «Мир» вокруг нормали к плоскости орбиты.
1.7. Вращение станции «Мир» вокруг оси максимального момента инерции, совершающей колебания относительно нормали к плоскости орбиты.
1.8. Движение станции «Мир», близкое регулярной прецессии Эйлера.
1.9. Двухосная закрутка станции «Мир» в плоскости орбиты.
1.10. Режим гравитационной ориентации МКС.
2. Определение квазистатических микроускорений на орбитальных станциях
2.1. Использование информации о вращательном движении станции для определения микроускорений на ее борту.
2.2. Аппроксимация вращательного движения станции с помощью сплайнов.
2.3. Низкочастотная составляющая в телеметрических значениях угловой скорости.
2.4. Аппроксимация вращательного движения станции с решением вариационной задачи.
2.5. Микроускорения в неуправляемом движении станции.
2.6. Определение квазистатической составляющей
микроускорения на борту МКС по телеметрическим измерениям.
2.7. Сглаживание данных измерений низкочастотного акселерометра MAMS.
2.8. Сравнение данных измерения с результатами вычисления.
3. Определение вибрационных микроускорений на орбитальных станциях

3.1. Измерение микроускорений на орбитальной станции «Мир» с помощью системы акселерометров ВМ-09.
3.2. Интерпретация данных измерений системы ВМ-09.
3.3. Спектральный анализ данных измерений бортовых акселерометров.
3.4. Спектральный анализ данных измерений системы ВМ-09.
3.5. Фильтрация данных измерений системы ВМ-09.
3.6. Измерение вибрационной составляющей микроускорения на МКС акселерометрами ИМУ-128.
Заключение

Введение.
При эксплуатации орбитальных комплексов возникают задачи, требующие изучения и определения фактического движения орбитального комплекса относительно центра масс. Такие задачи могут относиться как к управляемому, так и к неуправляемому движению. Например, на начальном этапе развертывания Международной космической станции (МКС) и в последние полтора года полета орбитального комплекса (ОК) "Мир" длительное хранение этих объектов на орбите без экипажа осуществлялось в режиме неуправляемого движения относительно центра масс. Тип движения выбирался из условия достаточно большого среднесуточного энергосъема с солнечных батарей объекта при достаточно малой абсолютной угловой скорости последнего. Мониторинг (систематическое наблюдение) вращательного движения сводился к регулярной реконструкции этого движения на сравнительно коротких интервалах времени по результатам обработки данных измерений бортовых датчиков ориентации.
Реконструкция управляемого и неуправляемого вращательного движения орбитального комплекса необходима также для расчета квазистатической компоненты остаточных микроускорений на его борту. Знание микроускорений необходимо при анализе космических экспериментов с гравитационночувствительными системами. Мониторинг остаточных микроускорений проводился на ОК "Мир" и систематически проводится на МКС для планирования космических экспериментов с такими системами.
Диссертация посвящена совершенствованию известных и разработке новых методов реконструкции управляемого и неуправляемого вращательного движения космических аппаратов по данным измерений бортовых датчиков ориентации. Методы использовались при мониторинге неуправляемого вращательного движения ОК "Мир" и МКС, а также при мониторинге микрогравита-ционной обстановки на борту этих объектов. В диссертации приведены соответствующие примеры.
Диссертация содержит три главы. В первой главе описаны методы реконструкции неуправляемого вращательного движения ОК "Мир" и МКС, а также представлены наиболее интересные результаты, полученные в процессе мони-

образом аппроксимации фактического движения характеризуется величиной сг, «0.02(>Г). Такая точность не высока, поэтому была проведена
минимизация Ф, по 14 переменным при значениях К, у' у", а° и Д.°, указанных выше. Результаты этой минимизации приведены в первой строке табл. 1. Найденные значения Я, у ус, ас и Д. были приняты в качестве номинальных при минимизации функционалов Ф2 и Ф в случае, когда эта минимизация выполнялась по 9 переменным, и использовались в качестве Я”, у° у’, а° и Д.", если минимизация выполнялась по 14 переменным (см. таблицу).
Рисунки 1 - 3 иллюстрируют найденные экстремали функционалов Ф, Ф,иФ2. На рис. 1 изображена экстремаль, отвечающая первой строке табл. 1, на рис. 2 и 3 - экстремали, отвечающие ее второй и четвертой строкам. Эти рисунки однотипны. Сплошными линиями на них изображены графики зависимости от времени углов ',в<р' и компонент абсолютной угловой скорости станции и напряженности МПЗ в строительной системе координат. Выражения для указанных компонент были приведены выше (см. (1.3) и формулу для Ф2), углы вводятся следующим образом. Углы у/' и в' задают положение оси Оу, относительно орбитальной системы точно также, как по отношению к последней углы у/ и в задают положение оси Ох1; Л'= агссоз(5т1//'созб?') - угол между осями Оу] и ОХ2. Рядом с графиками функций Л'(0> 6»'(0 и <р'(1) маркерами указаны значения углов Л', 9' и <р', рассчитанные по матрицам р^’Ц. Абсциссами этих маркеров служат точки (к.
Маркеры на остальных графиках иллюстрируют псевдоизмерения. Рядом с графиками функций Ц(/) указаны точки (/,, -Аа)(к = 0,1,...,//), рядом с графиками функций /г(/) -точки(гт,^(гт)-А1.)(т = 0,1,...,М).
Анализ рис. 1 и первой строки табл. 1 показывает, что уравнения (1.1) позволяют весьма точно описать движение станции в течение одного витка. Сравнение рис. 2, 3 с рис. 1 и последних четырех строк таблицы с ее первой строкой показывает, что данные измерений угловой скорости или