Оптимизация траекторий и миссий в корону Солнца

• Автор: Усачов, Валерий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 434 с. : ил.

Глава 1 Проблема оптимизации космических миссий для прямых исследований ближайших окрестностей Солнца
1.1 Концепция прямых исследований ближайшего околосолнечного пространства, требования и критерии космической миссии

1.1.1. Концепция прямых исследований ближайшего околосолнечного пространства

1.1.2. Требования к космической миссии

1.1.3. Критерии качества космической миссии и программа космических исследований

1.2 Постановка проблемы оптимизации космической миссии для прямых исследований ближайших окрестностей Солнца
1.2.1. Новый подход к проблеме выбора оптимального вариантов миссии в ближайшие окрестности Солнца
1.2.2. Факторы, определяющие облик вариантов миссии для прямых исследований ближайших окрестностей Солнца
1.2.3. Основные ограничения миссии для прямых исследований ближайших окрестностей Солнца
1.3 Формализация и математическая постановка проблемы оптимизации космической миссии
Глава 2 Классификация возможных вариантов и декомпозиция проблемы оптимизации траекторий и миссий в корону Солнца
2.1. Классификация возможных вариантов космических миссий в ближайшее околосолнечное пространство

2.1.1. Классификация вариантов космических миссий по факторам межпланетного полета
2.1.2. Классификация вариантов космических миссий по факторам выведения КА на межпланетную траекторию
2.2 Декомпозиция проблемы оптимизации траекторий и миссий космических миссий к Солнцу
2.2.1. Задачи реализации научной миссии
в ближайшие окрестности Солнца
2.2.2. Задачи транспортировки Солнечного зонда в ближайшее околосолнечное пространство
2.2.3. Задачи выбора оптимальных вариантов космических миссий в ближайшее околосолнечное пространство
Глава 3 Методы и алгоритмы решения проблемы оптимизации космической миссии в корону Солнца
3.1. Методики оценки критериев качества космических миссий в ближайшие окрестности Солнца
3.1.1. Суммарная стоимость космической миссии
3.1.2. Надежность выполнения миссии
3.1.3. Научная эффективность миссии
3.1.4. Суммарное время осуществления миссии
3.2 Моделирование основных характеристик космических миссий в ближайшее околосолнечное пространство
3.2.1. Фиксация внешних факторов влияния, определяющих конкретный облик миссии
3.2.2...Моделирование функционирования Солнечного зонда при пролете короны Солнца

3.2.3. Моделирование характеристик транспортной операции доставки Солнечного зонда в ближайшее околосолнечное пространство
3.3. Метод оптимизации миссий в корону Солнца из разных классов
3.3.1. Формирование и оптимизация вариантов миссий одного класса
3.3.2. Ранжирование вариантов миссий из различных классов
3.3.3. Разработка рекомендаций по формированию программы исследований ближайших окрестностей Солнца
Глава 4 Методы формирования и оптимизации вариантов космической миссии в корону Солнца
4.1 Метод формирования вариантов миссий в ближайшее околосолнечное пространство
4.1.1 Конкретизация факторов формирования баллистических схем миссий
4.1.2 Методика решения задачи Ламберта
4.1.3. Оценки некоторых показателей качества миссии на этапе межпланетного перелета
4.1.4 Построение дискретного множества достижимости в пространстве некоторых показателей качества миссии
4.1.5 Предварительный анализ множества возможных траекторий миссии к Солнцу
4.2 Методика декомпозиции задачи многокритериальной оптимизации различных траекторий полета к Солнцу
4.3 Методы моделирования и оптимизации выведения космического аппарата на межпланетную траекторию
4.3.1 Декомпозиция задачи оптимизации выведения
4.3.2 Методики оценки массы и определения квазиоптимальных параметров выведения КА с помощью «химических» ракетных средств

электрореактивных двигательных установок вместе с ядерными энергоустановками);
— Радиус перицентра проведения гравитационного маневра не должен быть меньше величины, обеспечивающей не вхождение КА в плотные слои атмосферы планеты;
— Последняя астрокоррекция перед приближением КА к Солнцу должна проводится не ближе радиуса орбиты Меркурия.
Кроме указанных ограничений существует множество ограничений, которые как правило обеспечиваются при выведении и межпланетном полете КА стандартными средствами, ставшими обычными для любого полета. Поскольку предполагается выполнить эти ограничения для всех разрабатываемых альтернатив миссий к Солнцу и теми же средствами, они не рассматриваются.
1.3 Формализация и математическая постановка проблемы оптимизации космической миссии
Рассматриваются формализация и математическая постановка проблемы оптимизации космической миссии для прямых исследований ближайшего околосолнечного пространства и Солнца. Введенные в предыдущих параграфах понятия и определения, а также конкретные критерии качества вариантов космических миссий к Солнцу и, наконец, основные факторы, оказывающие существенное влияние на эти критерии, позволяют проблему выбора оптимального варианта космической миссии (см. пункт 1.2.1.) формализовать с использованием современных методов математического моделирования и сформулировать ее на математическом языке как задачу многокритериальной оптимизации сложной технической системы [25,26, 53,63].
Сколь угодно сложный полет КА в дальнем космическом пространстве, в частности, включающий многократные активные и пассивные гравитационные маневры у различных планет солнечной системы и многие длительные участки движения КА с включенными движителями малой тяги, может быть смоделирован с помощью составной динамической системы [4, 6,14,34, 41, 57].
Пусть траектория межпланетного полета КА в самом общем случае состоит из N участков, имеющих существенные отличительные особенности от смежных участков полета (например, различные гравитационные сферы действия небесных тел, включение/выключение движителей малой тяги, наличие атмосферных