Определение и прогнозирование параметров движения космического аппарата с учетом возмущений, вызванных работой бортовых систем

• Автор: Захваткин, Михаил Витальевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Модель движения
1.1 Системы координат и времени
1.2 Движение центра масс
1.2.1 Модель гравитационных возмущений
1.2.2 Модель негравитационных возмущений
1.2.3 Сбалансированность модели
1.3 Модель поверхности КА
1.4 Движение вокруг центра масс
1.4.1 Возмущающие моменты
1.4.2 Режим движения с неизменной ориентацией
1.4.3 Разгрузка маховиков
2 Моделирование траекторных измерений
2.1 Решение светового уравнения
2.2 Задержки распространения в среде
2.3 Радиотехнические измерения дальности
2.4 Радиотехнические измерения радиальной скорости
2.5 Беззапросные измерения радиальной скорости
2.6 Лазерные измерения дальности
2.7 Оптические астрометрические измерения
2.8 Измерения импульсов разгрузок
2.9 Измерения возмущающих моментов
3 Определение орбиты
3.1 Постановка задачи
3.2 Алгоритм решения

3.3 Уточнение орбиты КА «Спектр-Р»
3.3.1 Модели движения
3.3.2 Траекторные измерения
3.3.3 Телеметрическая информация
3.3.4 Результаты уточнения орбиты
3.3.5 Проверка лазерными измерениями
4 Прогнозирование параметров движения
4.1 Моделирование будущих возмущений
4.1.1 Расчет времен разгрузок
4.1.2 Расчет величин импульсов разгрузок
4.2 Результаты прогнозирования движения КА «Спектр-Р»
4.3 Прогноз видимого блеска
4.3.1 Модель блеска
4.3.2 Моделирование видимого блеска КА «Спектр-Р»
Заключение
Список рисунков
Список таблиц
Литература

Введение
Одним из приоритетных пунктов Стратегии развития космической деятельности России до 2030 года являются фундаментальные космические исследования. К способам реализации подобных исследований в текущем десятилетии в первую очередь относится развертывание внеатмосферных астрофизических обсерваторий, а также запуск орбитальных зондов и посадочных аппаратов для исследование Луны. Большинство космических аппаратов (КА), призванных решать описанные исследовательские задачи, разрабатывается в НПО им. С. А. Лавочкина, к ним относится запущенная астрофизическая обсерватория «Спектр-Р» (проект Радиоастрон[30; 36]), а также предусмотренные федеральной космической программой миссии «Спектр-РГ», «Луна-Глоб», «Спектр-УФ», «Гамма-400» и «Спектр-М». Перечисленные КА имеют различную научную нагрузку и требования к баллистиконавигационному обеспечению. Обсерватории на базе аппаратов «Спектр-Р» и «Спектр-М» в числе прочего могут работать в режиме наземно-космического интерферометра. Для успешной корреляции научных данных, полученных в таком режиме, требуется высокая точность знания движения этих аппаратов. Доставка КА «Луна-Глоб» на рабочую орбиту спутника Луны требует уточнения орбиты перелета и расчета необходимых параметров маневра в сжатые сроки. КА «Спектр-РГ» должен быть доставлен в окрестность точки либрации 1/2 системы Солнце-Земля и удерживаться на квазиустойчи-вой орбите при помощи реактивных двигателей. От точности баллистиконавигационного обеспечения (БНО) аппарата зависит величина корректирующих импульсов и, как следствие, время его активного существования.
Перечисленные аппараты обладают рядом особенностей, которые должны учитываться при расчете их движения. К таким особенностям относится работа системы ориентации, вызывающая возмущение движения центра масс. Проектируемые НПО им. С. А. Лавочкина крупные научные аппараты базируются на платформе модуля «Навигатор» и имеют схожие системы ори-

сацию внешних возмущающих моментов во время поддержания точной ориентации, и набор двигателей стабилизации (ДС), роль которых в данной работе ограничивается разгрузками двигателей-махвиков.
При длительном поддержании аппаратом заданной ориентации и противодействии моменту внешних сил, направление которого постоянно, кинетический момент, накопленный двигателями-маховиками, монотонно возрастает. Следовательно к определенному момент времени скорости одного или нескольких маховиков достигнут предельных значений, при которых вся энергия двигателя будет тратится на поддержание вращения, а дальнейшая раскрутка станет невозможна. В этом случае маховики останавливаются, а двигатели стабилизации компенсируют возникающее вращение КА. Схема работы двигателей стабилизации не является моментной, следовательно во время разгрузки скорость центра масс аппарата получает некоторое приращение. Таким образом, движение аппарата вокруг центра масс косвенно оказывает влияние на движения самого центра масс.
Кинетический момент аппарата с маховиками, оси которых фиксированы относительно корпуса, выражается следующим образом в связанной системе координат:
3 тензор инерции аппарата вместе с маховиками в связанной системе координат;
ш — мгновенная скорость вращения аппарата; а; — направляющие косинусы оси г-го маховика;
1{ — момент инерции г-го маховика относительно своей оси вращения;
— угловая скорость г-го маховика относительно корпуса аппарата.
Кинетический момент в неподвижных осях, переход к которым из связанной системы осуществляется матрицей А, имеет вид

(1.12)

(1.13)