Моделирование управляемого движения космического аппарата с солнечным парусом в фотогравитационном поле на околоширотных орбитах

• Автор: Карпасюк, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.01.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

ГЛАВА 1. Г еоцентрическое движение космического аппарата с солнечным парусом и цилиндрические орбиты
§1.1 Световое давление и специфика геоцентрического движения космического аппарата с солнечным парусом
§1.2. Цилиндрические орбиты
§1.3. Основные допущения математической модели
ГЛАВА 2. Симплектическое интегрирование уравнений движения
§2.1. Производящие функции гамильтоновых систем
§2.2. Построение симплектических интеграторов и специфика симплектического интегрирования
ГЛАВА 3. Управление космическим аппаратом с солнечным парусом на цилиндрической орбите
§3.1. Методика усреднения
§3.2. Построение алгоритма управления
§3.3. Гашение широтных колебаний
§3.4. Компьютерное моделирование и обсуждение
результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
В настоящее время круг научных и практических задач, решаемых с помощью применения космической техники, постоянно растет. Околоземное космическое пространство все более интенсивно и широко используется как в целях проведения многочисленных научных исследований, так и для обеспечения самых разнообразных нужд современной цивилизации. В связи с быстрым увеличением числа всевозможных тел искусственного происхождения, движущихся по геоцентрическим орбитам, возникает проблема загрязнения космического пространства в окрестности нашей планеты отходами, появляющимися в процессе функционирования космических аппаратов. Поэтому встает задача космических полетов, уменьшающих или полностью исключающих возможность образования подобного "космического мусора".
Другой насущной проблемой на современном этапе развития является проблема обеспеченности энергией, что обусловлено значительным увеличением энергетических потребностей человечества при одновременном резком сокращении запасов традиционного топлива. А ввиду наблюдающегося катастрофического роста объемов техногенных загрязнений во всех сферах человеческой деятельности, огромное внимание уделяется поиску экологически чистых источников энергии.
Использование энергии солнечных лучей может явиться прекрасным средством решения обрисованных выше проблем. Действительно, источник данной энергии можно считать неисчерпаемым и весьма выгодным с точки зрения экологических требований, а световое давление в космическом пространстве способно обеспечить малую, но вполне ощутимую силу тяги, особое преимущество которой состоит в том, что она может действовать неограниченно долгое время, и при этом для ее существования не требуется наличие на космическом корабле запасов топлива.
Специальное устройство, позволяющее осуществлять движение космического аппарата под действием давления солнечного света, носит название "солнечный парус". Поскольку гравитационные воздействия обычно несоизмеримо больше сил светового давления, то солнечный парус относится к разряду двигателей малой тяги, способных обеспечивать лишь небольшое воздействие на движущийся космический аппарат.
Таким образом, к преимуществам солнечного паруса по сравнению с другими двигателями (реактивными, ионными и т.д.) относятся практически неограниченный срок функционирования, бесконечный запас "топлива", экологичность, надежность, сравнительно небольшая масса. Существенным ограничением применимости солнечного паруса является невозможность с его помощью добиться значительных ускоряющих воздействий. Поэтому наиболее вероятной областью его применения следует рассматривать использование солнечного паруса не в качестве маршевой двигательной установки, а для орбитальных маневров самого различного назначения, выполняемых преимущественно на длительных интервалах времени, т.е. в качестве устройства, предназначенного для управления космическим аппаратом.
Подробное изложение концепции космических полетов под действием сил светового давления содержится в книге Е.Н.Поляховой [43], теория полетов с солнечным парусом также получила многоплановое освещение в книгах В.В.Белецкого и

Рассмотрим, как изменяется со временем вектор Лапласа /, задаваемый формулой (2.6), т.к. в силу известного [19] соотношения

эксцентриситет орбиты при заданном значении гравитационного параметра полностью определяется величиной вектора Лапласа, а поскольку направление данного вектора совпадает с направлением линии апсид, то зная динамику изменения его компонентов, можно контролировать положение перицентра орбиты, что также немаловажно. Для этого вычислим производную по времени вектора / Итак, дифференцируя (2.6) и используя уравнения (3.1) и выражение (2.5), получаем: