Управление развертыванием орбитальной тросовой системы для спуска малой капсулы

• Автор: Наумов, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 96 с. : ил.

1. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ СПУСКОМ КАПСУЛЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ

ЗЕМЛИ ПРИ ПОМОЩИ ТРОСА

1Л Перспективы и проблемы применения тросовых систем в космосе

1.2 Международный проект УЕ82

1.3 Обзор существующих законов управления развертыванием

1.3.1 Динамические законы

1.3.2 Кинематический закон управления

1.4 Постановка задачи о спуске капсулы на тросе

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАЗВЕРТЫВАНИЯ ОТС

2.1 Модель с весомым тросом

2.2 Модель с невесомым тросом

2.3 Линеаризация уравнений движения
2.4 Проверка наблюдаемости и управляемости линейной системы
2.5 Учет растяжимости троса
3. НОМИНАЛЬНАЯ ПРОГРАММА РАЗМОТКИ ТРОСА
3.1 Закон развертывания для первого участка траектории
3.2 Программа развертывания для второго участка,траектории
3.2.1 Оптимальная программа
3.2.2 Вид траектории свободного относительного движения КА и субспутника
3.2.3 Решение оптимизационной задачи
3.2.4 Параметризация решения
3.3 Определение параметров входа спускаемой капсулы в атмосферу
3.4 Моделирование всего процесса размотки. Учет растяжимости троса
4. СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОНТУР ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВОЗМУЩЕНИЙ
4.1 Использование «классического» подхода
4.2 Использование матричного метода

4.3 Влияние управления на параметры входа в атмосферу
4.4 Сравнение классического и матричного подходов
4.5 Учет влияния массы троса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы. Современное состояние космонавтики требует повышения эффективности созданной и разрабатываемой космической техники. Одним из возможных путей решения этой задачи является использование для космических маневров и транспортных операций орбитальных тросовых систем (ОТС). С помощью таких систем можно решать широкий спектр задач в космосе. Создание искусственной гравитации на борту космического аппарата состоящего из связки двух тел, создание малой электродинамической тяги при помощи взаимодействия длинного токопроводящего троса с магнитным полем Земли, получение с низколетящего привязного спутника-зонда снимков земной поверхности с заметно лучшим разрешением, чем с обыкновенного спутника и т.д. Первая космическая тросовая системы была описана более 100 лет назад, в 1895 году, К.Э. Циолковским в «Грезах о Земле и небе». Там была высказана идея о создании искусственной тяжести на космическом корабле, соединенном цепью с противовесом равной массы и приведенном во вращение вокруг общего центра масс.
Важным для практики представляется использование тросов для спуска грузов с орбиты на землю. Например, использование троса для доставки грузов с международной космической станции заметно расширило бы ее возможности в плане оперативного получения результатов научных экспериментов или доставки продуктов производства (сверхчистых материалов и т.д.). В настоящее время готовится к реализации проект YES2 (Young Engineer Satellite - 2). YES2 - это молодежный проект, объединяющий студентов, аспирантов и молодых ученых из разных стран Европы. Данная работа тесно соприкасается с проектом YES2 и имеет целью осуществить независимую проверку результатов исследований, проведенных зарубежными специалистами, и предложить альтернативные законы управления развертыванием тросовой системы.

/ - малая полуось эллипса относительного движения;
/, - амплитуда взаимных колебаний КА в бинормальном направлении;
(р, (рг - углы, характеризующие положение тела на эллипсе относительного движения.
Система (3.12) для случая свободного пассивного движения допускает решение в квадратурах. С учетом введенных переменных (3.13) указанное пассивное движение будет описываться соотношениями:
Дг = Аг -1со?,(р, А Уг = Я/е т(р,
ЛУ1=Л
-А г

+ 1со$(р
(3.14)
АЬ = 21 ып (р - - Л Г А гср + Мсро,
А К, =Л1гсо$>(р2,
А 2 = 1 $п(р2.
Анализ данной модели показывает, что траектория свободного относительного движения аппаратов в проекции на плоскость орбиты будет представлять собой эллипс, центр которого движется с постоянной скоростью, определяемой величиной А г , а соотношение полуосей эллипса постоянно и
равно 2:1. Подставляя решения (3.14) в исходную систему (3.12) получим уравнения относительного движения в виде:
АЬгп
ср 2 Л
I = — (Л6. э1п <р + 2КТ соб ср), Л