Квазипериодические орбиты в окрестности точки либрации L2 системы Солнце-Земля и траектории перелёта к ним в российских космических проектах

• Автор: Ильин, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Динамика в окрестности точки £2 системы Солнце-Земля в рамках ограниченной круговой задачи трёх тел
1.1. Динамика ограниченной круговой задачи трёх тел. Коллинеарная точка либрации Ьг как частное решение ограниченной круговой задачи трёх тел. Семейства периодических орбит в окрестности коллинеарных точек либрации
1.2. Применение метода Линдштедта-Пуанкаре для построения периодических орбит
1.3. Обзор миссий к кол линеарным точкам либрации
Глава 2. Построение начального приближения для множества траекторий перехода с низкой околоземной орбиты на квазипериодическую орбиту' в окрестности точки £2 системы Солнце-Земля с помощью метода изолиний
2.1. Метод изолиний функции высоты перицентра от параметров квазипериодической
орбиты для прямых переходов на квазипериодические орбиты в окрестности точки £
2.2. Метод изолиний функции высоты перицентра от параметров квазипериодической
орбиты для траекторий перехода на квазипериодические орбиты в окрестности точки £2 с использованием гравитационного манёвра у Лупы
2.3. Построение начального приближения для траектории одноимпульсного перелёта
с низкой околоземной орбиты на квазипериодическую орбиту в окрестности точки либрации
2.3.1 Алгоритм селекции точек построенных изолиний с учётом сохранения наклонения орбиты выведения для траектории перелёта
2.3.2 Алгоритм селекции точек построенных изолиний с учётом сохранения
наклонения орбиты выведения для траектории перелёта
Глава 3. Построение траектории перелёта на квазипериодическую орбиту в рамках полной эфемерндной модели Солнечной системы
3.1. Эфемеридная модель Солнечной системы
3.2. Построение траектории перелёта с низкой околоземной орбиты на квазипериодическую орбиту в окрестности точки £2 по начальному приближению
в рамках эфемеридной модели Солнечной системы
Глава 4. Поддержание квазипериодической орбиты
Глава 5. Исследование окон старта для миссий «Снектр-РГ» и «Миллиметрон»
5.1. Ограничения, наложенные на траектории и ориентацию космических аппаратов
«Спектр-РГ» и «Спектр-М»
5.2. Результаты расчётов окон старта для миссии «Спектр-РГ»
5.3. Результаты расчётов окон старта для миссии «Миллиметрон»
Глава 6. Исследование влияния ошибок выведения и ошибок исполнения манёвров космического аппарата на реализацию миссии
6.1. Корректирующие импульсы на этапе перелёта
6.2. Корректирующие импульсы на этапе движения космического аппарата по
квазипериодической орбите с учётом ошибок исполнения манёвров
Заключение
Список рисунков
Список таблиц
Список использованных источников

Введение
Федеральной космической программой предусмотрено размещение двух астрофизических обсерваторий на квазипериодических орбитах в окрестности коллинеарной точки либрации системы Солнце-Земля для проведения астрофизических исследований. Космическую обсерваторию «Спектр-РГ», предназначенную для изучения Вселенной в гамма- и рентгеновском жёстком диапазоне энергий, планируется вывести на траекторию перелёта к точке либрации в 2016 г. На борту космического аппарата (КА) будет размещена научная аппаратура, разработанная в Институте космических исследований РАН - спектроскоп и временной анализатор галактических и внегалактических излучений АЛТ-ХС, а также рентгеновский зеркальный телескоп еЛ081ТА, изготовленный Институтом внеземной физики Общества Макса Планка. Проект «Миллиметрон», предполагающий размещение космической обсерватории «Спектр-М» миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн с криогенным телескопом диаметром 10 м на квазипериодической орбите в окрестности точки либрации системы Солнце-Земля, планируется реализовать после 2019 г. Для изготовления КА «Снектр-РГ» используется платформа «Навигатор», разработанная в НПО им. С.А. Лавочкина, КА «Спектр-М» планируется построить на базе её модифицированной версии.
Различие проектов с баллистической точки зрения обусловлено различием в программах научных экспериментов, приводящим к отличиям в требованиях к рабочим орбитам аппаратов. КА «Спектр-РГ» должен быть размещён на квазипериодической орбите с малой амплитудой в плоскости, ортогональной плоскости эклиптики (не более 600 000 км), в то время как КА «Спектр-М» планируется вывести на квазипериодическую орбиту с большим выходом из плоскости эклиптики (более 800 000 км). Продолжительность обеих миссий составляет 7.5 лет, в течение которых требуется поддержание квазипериодической орбиты заданной амплитуды с помощью коррекций орбиты. Для обеспечения максимальной энергоэффективности миссий переход на квазипериодическую орбиту в окрестности точки С2 планируется выполнять по одноимпульсной схеме, используя разгонный блок для перехода с низкой околоземной орбиты на траекторию перелёта к точке либрации. На орбиты КА наложены ограничения, связанные с необходимостью поддержания связи с наземными измерительными пунктами, а также с невозможностью нахождения КА в тени Земли в течение продолжительного времени в связи с энергетическими ограничениями.
Из сказанного выше следует, что задача проектирования квазипериодических орбит с заданными геометрическими характеристиками в окрестности коллинеарной

точки /,2 вычисляется по формуле: рв (?) = арВ5(?), где а находится из решения уравнения
Ви+Вм
а = э ■
[3-2/? + (3-/?)а + а
, где ц -
В.ч "*■ Ве Вм
Обозначим |рв|как г1, |рвч| как гИ.
Рис. 2.1 Системы координат Ох,х9х3 и 0'^2^з
Зависимость координат £,,£2>£з от времени определяется решением линеаризованной в окрестности точки Сг системы уравнений движения (см. раздел 1.1):
+ + +Эе~ь,
^2 = + (р^) + кх(Сех' -Бе(2.1)
= Всоз(а>2? + <р2), где значения а),,ео2,Л,к,,к2 можно вычислить в явном виде:
щ = п,-]±у9В1-Щ-В^2) « 0.035384^,
°2 = И1 'л/®7 ~ 0.034

сутки
Л = пг^у/9В1~8В1 +57 -2) »0.042

сутки
(2.2)