Разработка модели системы траекторного управления межпланетным КЛА
ВВЕДЕНИЕ
Когда речь идет об управлении движением космических летательных аппаратов в космосе, включая маневрирование, корректировку траекторий межпланетных аппаратов, сближение с орбитальной станцией, ориентацию аппаратов относительно внешних ориентиров и другие подобные операции, следует о необходимо учитывать различия между космическими и земными условиями.
Одной из основных отличительных черт космического пространства является отсутствие в нем практически любой вещественной среды, в которой происходит движение. В результате отсутствует трение, аэродинамическое сопротивление и другие подобные явления, которые мы привыкли видеть в земных условиях.
При удалении от центра притяжения скорость КЛА уменьшается, что приводит к уменьшению его кинетической энергии, но увеличивается его потенциальная энергия, которая может быть снова преобразована в кинетическую энергию. При приближении к центру притяжения скорость космического аппарата увеличивается в той же мере
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ5
1 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ7
1.1 Обзор методов управления при межпланетных полетах7
1.1.1 Гравитационное маневрирование7
1.1.2 Двигатели10
1.1.3 Солнечный парус12
1.2 Математическая модель движения КЛА в гравитационном поле двух небесных тел20
1.2.1 Движение КЛА в системе Земля-Луна20
1.2.2 Расчетные случаи межорбитальных перелетов21
1.3 Расчет управляющих воздействий на основе прогнозирования промаха у целевого небесного тела24
1.3.1 Расчет корректирующего воздействия24
1.3.2 Расчет тормозного импульса КЛА27
1.4 Программная реализация28
1.4.1 Обоснование выбора среды разработки28
1.4.2 Реализация модели полета КЛА в среде MATLAB/Simulink32
1.5 Результаты моделирования34
1.5.1 Выход на заданную орбиту с корректировкой промаха35
1.5.2 Выход на орбиту фактического радиуса с последующей коррекцией42
2 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ45
2.1 Планирование комплекса работ и оценка трудоемкости45
2.2 Расчет затрат на разработку проекта49
2.3 Расчет эксплуатационных затрат52
3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ57
3.1 Анализ и нормирование ОВПФ на рабочем месте оператора ПК57
3.1.1 Недостаточная освещенность рабочего места58
3.1.2 Повышенный уровень шума59
3.1.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений60
3.1.4 Повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны60
3.1.5 Повышенная или пониженная влажность воздуха и скорость движения воздуха61
3.1.6 Повышенный уровень вибрации61
3.2 Расчет общего освещения62
3.3 Экологическая безопасность64
3.4 Пожарная безопасность65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Раушенбах Б. В. Управление движением космических аппаратов. – М.: Знание, 1986. – 64 с.
Ельников Р.В. Гравитационный маневр у Луны при межпланетных перелетах КА с малой тягой. // Электронный журнал «Труды МАИ». – 2012. – № 50. – С. 38-44.
Луна-3. [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Луна-3 (дата обращения 20.02.2023).
Вояджер. [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Вояджер (дата обращения 24.02.2023).
Двигательная установка космического аппарата [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.su/wiki/Двигательная_установка_космического _аппарата (Дата обращения: 04.03.2023).
Мироненко А. О. Солнечный парус: перспективы // Вестник Амурского государственного университета. Серия: Гуманитарные науки. – 2018. – № 80. – С. 93-96.
Поляхова Е. Н. Космический полёт с солнечным парусом: проблемы и перспективы. М.: Наука., 1986. 304 с.
Знамя (проект). [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Знамя_(проект) (дата обращения 06.03.2023).
Гомановская траектория. [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гомановская_траектория (дата обращения 15.03.2023).
Белоконов В.М. Траектории полетов к Луне и межпланетные траектории: Конспект лекций. – Куйбышев: Куйбыш. авиац. ин-т, 1989 – 31 с.
Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К. Астрономия. Базовый уровень. 11 класс: учебник. – М: Дрофа, 2018. – 238 с.
Жусупова С.Е. Анализ программного обеспечения MATLAB Simulink и МВТУ с целью обоснования выбора для исследования динамических систем. // Форум молодых ученых. – 2022. – № 3 (67).
MATLAB – MathWorks. [Электронный ресурс]. — URL: https://www.mathworks.com/products/matlab.html (дата обращения 28.03.2023).
Колкер А. Б., Ливенец Д. А., Кошелева А. И. Обоснование выбора программного обеспечения для робототехники // Автоматика и программная инженерия. – 2012. – № 1 (1).
Simulink. Электронный ресурс]. — URL: https://exponenta.ru/simulink (дата обр
Рассмотрим случай перелета по гомановской траектории, в котором учитывается воздействие гравитации целевого небесного тела. На рисунке 8 приведена схема такого перелета.
Приращения скорости ∆V1 и ∆V2 рассчитаны по формулам (1) и (2).
В теоретически идеальном случае после получения тормозного импульса КЛА теряет скорость и выходит на конечную орбиту так же, как изображено на рисунке 7, но не продолжает движение обратно, а попадает в гравитационный захват целевого небесного тела и остается на орбите вокруг него. Траектория КЛА в данном случае показана на рисунке 8 пунктирной линией.
Рисунок 8 – Схема перелета с учетом гравитационного влияния целевого небесного тела
При моделировании можно увидеть, что гравитационное влияние целевого небесного тела действует на КЛА не только в момент выхода на конечную орбиту, но и на протяжении всего полета.