Большие космические конструкции и деформируемые космические аппараты : Модели, методы исслед. и принципы управления

• Автор: Суханов, Виктор Миньонович
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.; 20х14 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Диссертация, представленная в форме научного доклада, содержит изложение основных работ автора в области создания математических моделей деформируемых космических аппаратов, методов анализа динамики и принципов управления их ориентацией, выполненных и опубликованных в 1971-1997 годах.
Актуальность темы. Сложности, связанные с управлением ориентацией космических аппаратов (КА), не имеющих абсолютно жесткой конструкции, впервые проявились в начале 60-х годов, когда, после выведения на орбиту сравнительно небольшого американского спутника "Эксплоурер-Г', он очень быстро потерял устойчивость вследствие непредвиденного эффекта рассеяния энергии закрутки из-за. наличия упругости четырех штыревых антенн. С тех пор и до настоящего времени к этой сложной проблеме привлечено пристальное внимание многих ведущих специалистов (математиков, механиков, инженеров) почти всех стран мира. Вот некоторые из тех, кто начал углубленно заниматься этой проблемой в конце 60-х, начале 70-х годов и получил наиболее значительные результаты, позволившие к середине 80-х годов считать проблему управления деформируемыми КА (ДКА) практически исчерпанной: ]- В области создания математических моделей ДКА, исследования особенностей динамики конструкции и решения задач понижения размерности описания сложных механических структур, часто являющихся фактически системами с распределенными параметрами - H.Ashfey(67-), J.N.Aubrun(79-), R.Budynas(71-), C.Z.Gregory(84-), C.D.Harris, J.E.Keat(70-), P.W.Likins(70->,
G.Margulies(65-), L.Meirovitch(76-), V J.Modi(68-), R.E.Roberson(67-),
А.И.Лурье(64-), Б.А.Титов(83-), Т.В.Харитонова(бб), Ф.Л.Черноусько(78-),
Школа В.ММатросова(Казань-Иркутск)
г повременно над созданием теории и методов идентификации и управле-;; «ми сложными объектами космической техники трудились многие из
Деленных выше, а также крупные специалисты в области управления ди-

вескими системами: P.M.Bainum(73-), M.J.Ba!as(77-), J.Bals(91-), I.Bar-|з2-), J.J.Deyst(69-), P.Gewarter(69-), N.K.Gupta(79-), P.C.Hughes(69->,
* y7Ai(82-), H.Kaufman(81-), M.G.Lions(81-), R.W.Longman(73-), G.Margu-
Иез{82-), К.В.Мо11(69-), С.3.18ш:ге(84-), У.ОЬкаш1(74-), О.РогсеШ(72-), К.З.Куап(73-), 1Р..Зе5ак(78-), Я.Е.8кеНоп(76->, С.Н.Зреппу(69-), Н.М.Зко-£ТеЫ(84-), |.Ь.31Ш$(84-), Ь.С.С.Ое-8оига(92-), Р.Тк.Ь.М. уап ¥уОегкот(90-)-, У.У.Уи(68-)
С середины 80-х годов на горизонте практического освоения околоземного пространства обозначились контуры нового типа космических аппаратов, получивших название большие космические конструкции (БКК), без использования которых представляется немыслимым дальнейший процесс экологически непротиворечивого развития человечества. Вот несколько примеров: 1- для замещения иссякающих на Земле запасов энергоносителей планируется создание в околоземном пространстве больших солнечных энергетических станций; 2- из-за невосстановимого уничтожения лесов и, как следствие, уменьшения регенерируемого, ими кислорода, катастрофически растет концетрация углекислого газа, влекущая парниковый эффект, потепление климата, подъем уровня Мирового океана и, наконец, затопление обитаемых прибрежных регионов. Для борьбы с надвигающейся катастрофой разрабатывается проект создания на околоземных орбитах рефлекторов, отражающих в заданном направлении солнечный свет для подсветки в ночное время океанического планктона, активно регенерирующего при этом недостающий планете кислород. 3 - аналогичная система космических рефлекторов, размещенная на других орбитах, позволит, за Счет освещения отраженным светом Солнца северных районов в период полярной ночи, повысить эффективность освоения этих малонаселенных сегодня пространств.
Примеры можно было бы продолжать, но уже видно, что для реализации этих общечеловеческих проектов требуется выведение на орбиты больших космических конструкций и умение управлять их угловым положением в пространстве. Очевидно и другое : Большие космические конструкции - это уже далеко не те, сравнительно небольшие, упругие КА, для которых на основе накопленного к началу 70-х годов опыта борьбь/’ с вибрациями корпусов баллистических ракет, с флаттером сверхзвуковых самолетов, развивались орнги-
жеиия в проекции на основную фазовую плоскость.
Гели в уравнениях (К) ш (и І- кусочно-постоянная функция и учитывается ют,ко доминирующая мода, то уравнения фазовых траекторий, отображающих жесткое и упру те движения ДКА. полученные в результате интегрирования уравнений (К) и последующего исключения координаты времени, на любом к - том интервале постоянного управления имеют вид :
(П) х
<ьхЛУ2-?1) ,
1т{ и)
(34) Г3 +|.т - г, (и)]2 ~уаг +(?„ --ЇД«)}2
Здесь обозначено: і-;

= “7 ; кв и со,

параметры учи-
іываемон {доминантной) моды. Уравнение (13) на плоскости (х, (»описывает семейство парабол, по которым указанным выше образом перемещается координатная плоскость (х,у) относительного (упругого) движения, отображаемого с помощью уравнения (14) в виде окружности с центром в точке (хс,0). В полярной системе координат траектория упругих колебаний (14)
может быть описана радиусом-вектором р, равным амплитуде колебаний относительно статического прогиба хс: 3-Іх-х,..(?/)]2) и фазой
іЛк)
колебаний р—(П.№—г— отсчиты-
х-тД и)
ваемой от оси +х по часовой стрелке (в соответствии с направлением движения изображающей точки по траектории (34». Общий внд фазовой биплоскости и некоторые параметры траекторий парциальных движений ДКА представлены на рис.7. Структура фазовой биплоскости (в част ности, линии переключения С. введенные на рисунке с целью их последующего использования) в каждом конкретном случае определяется принятым законом управления, а приемы исследования аналогичны соответствующим приемам, используемым в методе фазовой плоскости. Особенно аффективно метод ФБП работает в случае, когда размерность ядра МФМ ДКА равна единице (К-/). Решаемые при этом зада-