Методы и алгоритмы определения массово-инерционных характеристик космических аппаратов в полете

• Автор: Бодин, Николай Борисович
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Королев
• Количество страниц: 179 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ГЛАВА 1. ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КА

1.1. Постановка задачи идентификации МИХ

1.2. Особенности постановки задач идентификации МИХ

ДЛЯ СЛУЧАЯ активного и пассивного движений

1.3. Этапы решения задачи идентификации МИХ

1.4. Факторы, определяющие выбор схемы процедуры

идентификации МИХ

1.5. Процедура идентификации МИХ

1.6. Циклограмма операции определения МИХ
1.7. Методика синтеза системы идентификации МИХ КА
1.8. Требуемая точность в определении МИХ КА в полете
1.8.1. Определение млссы КА
1.8.2. Влияние ошибок в знании положения центра масс
1.8.3. Совместное влияние ошибок в положении центра масс и
тензора инерции
ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ КА В ПОЛЁТЕ
2.1. Постановка задачи определения массы КА в полёте
2.2. Анализ уравнений движения центра масс КА
2.3. Метод идентификации массы КА в полёте при известном
ЗНАЧЕНИИ ТЯГИ ДВИГАТЕЛЯ
2.3.1. Идентификация массы КА по внешнетраекторным измерениям
2.3.2. Идентификация млссы КА по приборам инерционного типа
2.4. Уточнение математической модели работы двигательной
установки КА
2.4.1. Способы задания тяги двигательной установки
2.4.2. Модель двигательной установки КА “Прогресс”
2.4.3. Процедура уточнения модели ЖРД
2.5. Методика уточнения массы космической системы «Мир» -«Союз» -«Прогресс» в полете
2.6. Синтез системы идентификации массы КА
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ В ПОЛЕТЕ
МАССЫ ОК«МИР»
3.1. Предпосылки проведения эксперимента
3.2. ЭТАП 1. Тарирование двигательной установки грузового корабля
«Прогресс М-29»
3.3. ЭТАП II. «Взвешивание» ОК «Мир» в полете
3.4. Определение массы ОК «Мир» методом документального учета
3.5. Выводы по эксперименту по определению массы ОК «Мир» с использованием ГК «Прогресс М-29» и «Прогресс М-30»
3.6. Уточнение массы ОК «Мир» - «Союз» - «Прогресс» с помощью
двигателей корабля «Прогресс М-31»

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕНЗОРА ИНЕРЦИИ И ПОЛОЖЕНИЯ
ЦЕНТРА МАСС КА В ПОЛЕТЕ
4.1. Постановка задачи
4.2. Уравнение движения КА относительно центра масс
4.3. Определение положения центра масс КА из условия
СТАТИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
4.4. Определение центра масс ОК «Мир» в процессе коррекции
его орбиты
4.5. Определение тензора инерции и положения центра масс КА при
наличии активных сил с ненулевым суммарным моментом
4.5.1. Постановка зада чи
4.5.2. Определение тензора инерции J К.4 по результатам наблюдения
ЗА ЕГО ДВИЖЕНИЕМ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕНТРА МАСС
4.5.3. Определение тензора инерции J и положения центра масс рц
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЕГО ДВИЖЕНИЕМ ОТНОСИТЕЛЬНО
ЦЕНТРА МАСС
4.6. Определение тензора инерции и координат центра масс
(на примере ОК “Мир”)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Задачи, возникающие в процессе освоения человеком космического пространства с использованием космической техники, становятся все сложнее, а на их подготовку и реализацию требуется все больше времени. Усложнение задач освоения космоса приводит и к изменению многих устоявшихся точек зрения относительно технических подходов их решения, в том числе и совершенства космической техники.
К настоящему времени технология создания космической техники достигла уровня, когда на околоземной орбите могут собираться из отдельных функциональных модулей крупногабаритные конструкции (КА). При этом КА могут обладать значительной суммарной массой и сложной конфигурацией, а также приспособлены для длительного пребывания на ее борту человека.
Особенности функционирования крупногабаритной космической техники и реальные условия космического полета предъявляют высокие требования к:
• надежности длительного функционирования КА, в т.ч. и отдельных его функциональных элементов;
• безопасности космического полета КА;
• безопасности выполнения целевых задач с использованием такой техники;
• безопасности длительного пребывания человека на борту КА.
Примером таких КА может служить пилотируемый орбитальный комплекс
(ОК) "Мир", сборка которого из отдельных модулей была начата в 1986г. с выведения на околоземную орбиту базового блока и завершена в 1997г. До марта 2001г., когда ОК "Мир" прекратил свое существование, он представлял собой конструкцию модульного типа и включал в себя отдельные конструктивно завершенные и оснащенные агрегатами и системами функциональные модули и космические аппараты. С созданием ОК "Мир" были разработаны штатные операции, для которых требовался периодический учет изменения конфигурации ОК, его массово-инерционных характеристик, состава бортового оборудования и др. Также понадобилась разработка новых технических решений и принципов эксплуатации ОК, что значительно расширило область его применения и повлияло на длительность его активного существования.

главных осей тензора е, инерции (см. раздел 4). При этом момент сил так же параллелен этой оси, М!//е1 и постоянен по времени. В этом случае дифференциальное уравнение движения КА относительно центра масс в связанной системе координат принимает следующий вид:
J = М ,

Отсюда следует Уш'(/) = м(?н - г)
Таким образом, для достижения угловой скорости гт(/) = требуется воздействие момента Мсш на КА в течение интервала времени А? = (?„-/), определяемого соотношением
А1 = МзадЩ'. (1.10)
Предположим, что существуют ошибки в задании тензора инерции. Зададим ошибку А/ в тензоре инерции / соотношением:
А/ = Д/
где р - некоторое малое число.
Тогда соотношение (1.10) перепишется в виде:
м' ={1+рувзадум
Отсюда следует, что для достижения угловой скорости тзад требуется дополнительное время /(/!/) равное:
с1(А() = /3Мзад-м
Что приводит к необходимым энергетическим затратам, пропорциональным величине р.
Аналогичные зависимости имеют место и между ошибкой в массе КА и дополнительными расходами в топливе.
Таким образом приближенно можно считать, что в тех случаях, когда из условия обеспечения заданных требований в угловом положении КА требуется достижение определенных угловых скоростей, дополнительный расход бортовой энергетики (это либо дополнительное количество электроэнергии, либо затраты