Проектирование траекторий межпланетных перелетов КА с электроракетной двигательной установкой с учетом нештатного временного выключения двигателя

• Автор: Нгуен Нгок Диен
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ЭЛЕКТРОРАКЕТНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ
1Л Общий подход к описанию движения КА с электроракетной двигательной установкой при исследовании межпланетной траектории
1.2 Уравнения оптимального движения космического аппарата с электроракетной двигательной установкой

1.3 Заключение по разделу

2 ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ

2.1 Метод интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений

2.2 Метод продолжения по параметру при решении краевых задач

2.3 Заключение по разделу

3 ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕЖПЛАНЕТНОЙ ТРАЕКТОРИИ.
3.1 Формулировка задачи проектирования межпланетной траектории
3.2 Формулировка краевой задачи принципа максимума при проектировании межпланетной траектории с гравитационным маневром
3.3 Заключение по разделу
4 АНАЛИЗ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПАРИРОВАНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ, СВЯЗАННЫХ С ВРЕМЕННЫМ НЕШТАТНЫМ ВЫКЛЮЧЕНИЕМ ЭРДУ
4.1 Общая постановка задача
4.2 Постановка задачи оценки требуемого для перелета топлива для произвольного момента нештатного выключения ЭРДУ и произвольной длительности этого выключения

4.3 Постановка задачи анализа требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с дополнительно вводимыми пассивными участками
4.3.1 Необходимость введения пассивного участка в конце гелиоцентрического перелета для рассматриваемой схемы полета
4.3.2 Оптимизация траектории гелиоцентрического перелета при дополнительно вводимом пассивном участке в конце гелиоцентрического перелета
4.3.3 Оптимизация траектории гелиоцентрического перелета при нескольких дополнительно вводимых пассивных участках на траектории гелиоцентрического перелета
4.3.4 Формулировка оптимизационной возмущенной задачи
4.4 Оптимизация характеристик вводимых пассивных участков. Постановка задачи оптимизации траектории при максимизации допустимого времени нештатного выключения двигателя

4.5 Используемые приемы в алгоритме оптимизации характеристик вводимых пассивных участков
4.6 Заключение по разделу
5 АНАЛИЗ ТРАЕКТОРИИ ЗЕМЛЯ - ЗЕМЛЯ - ВЕНЕРА В РАМКАХ ПРОЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ СОЛНЦА
5.1 Общая схема перелёта КА к Венере
5.2 Номинальная траектория, полученная по критерию максимальной конечной массы КА
5.3 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с выбором оптимальной даты старта
5.3.1 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с пассивным участком в конце гелиоцентрического перелёта
5.3.2 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с дополнительным пассивным участком
5.3.3 Характеристики номинальной траектории с одним дополнительным пассивным участком
5.4 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ па номинальной траектории с выбором оптимальной даты старта и величины гиперболического избытка скорости при отлете от Земли
5.4.1 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с пассивным участком в конце гелиоцентрического перелёта
5.4.2 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с одним дополнительным пассивным участком
5.4.3 Анализ траектории с одним дополнительным пассивным участком, выбранной по критерию максимальной продолжительности допустимого нештатного выключения ЭРДУ
5.4.4 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на номинальной траектории с двумя дополнительными пассивными участками
5.5 Характеристики траектории с двумя дополнительными пассивными участками, оптимизированной по критерию максимальной допустимой продолжительности нештатного выключения двигателя при ограничении сверху требуемого запаса топлива..
5.6 Заключения по разделу
6 АНАЛИЗ ТРАЕКТОРИИ ЗЕМЛЯ - ЗЕМЛЯ - ЮПИТЕР
6.1 Транспортная система. Анализируемая схема перелёта КА к Юпитеру
6.2 Номинальная траектория, оптимальная по величине конечной массы КА
6.3 Введение дополнительного пассивного участка в конце траектории перелета и выбор его продолжительности
6.3.1 Вариант с длительностью вводимого последнего пассивного участка 10 суток
6.3.2 Вариант с длительностью вводимого последнего пассивного участка 15 суток
6.3.3 Вариант с длительностью вводимого последнего пассивного участка 20 суток

6.3.4 Сравнительный анализ вариантов траектории с различной длительностью вводимого последнего пассивного участка
6.4 Анализ требований при парировании возможного нештатного выключения ЭРДУ на траектории с двумя дополнительными пассивными участками
6.5 Характеристики траектории с двумя вводимыми пассивными участками, оптимизированной по критерию максимальной допустимой продолжительности нештатного выключения двигателя, при ограничении сверху требуемого расхода топлива
6.6 Заключение по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Найденная траектория рассматривается как новая номинальная траектория. На ней есть несколько активных участков.
4.3.4 Формулировка оптимизационной возмущенной задачи
Каждый из этих активных участков номинальной траектории равномерно по времени разбивается на 20 сегментов. Дата прохождения КА каждой начальной точки полученных сегментов (/, , 1=1.. ,20*п, где п - количество активных участков) рассматривается как возможная дата нештатного выключения двигателя. Для каждой такой даты рассматривается 10 значений возможных продолжительностей нештатного выключения двигателя (бГу )=1 —10) например, от 1 до5 суток с шагом 0.5 суток. Для каждой пары значений ей, решается «оптимизационная возмущенная задача».
Формулировка «оптимизационной возмущенной задачи» такова. Известны:
V' номинальная траектория КА;
момент нештатного выключения двигателя V, длительность нештатного выключения двигателя 'Т известна дата гравитационного маневра у Земли Ту,
'Т известен вектор гиперболического избытка скорости относительно Земли после гравитационного маневра у Земли.
На временном интервале [/+<://', Т{ требуется найти:
•Т цршрамму включения-выключения ЭРДУ;
У программу углов тангажа и рыскания на активных участках этого интервала.
Критерий оптимизации - минимальные затраты топлива.
В результате создается массив данных: для каждой пары чисел (/,, известна требуемая масса топлива тХепопц. Интерполяция данных массива дает возможность получить зависимость предельно допустимой продолжительности нештатного выключения двигателя Л от момента