Geum.ru

Скачайте в формате документа WORD

Системы правления космическими полетами

Содержание


1.    Введение................................................................................................................................... 3

2.    Системы управления (СУ) космическим летательным аппаратом (КЛА)................ 5

                Ввод      5

                Классификация СУ....................................................................................................................... 6

                Требования, предъявляемые к СУ........................................................................................... 8

                Возмущения.................................................................................................................................... 9

3.    Выводы.................................................................................................................................... 10

4.    Список литературы.............................................................................................................. 11



1. Введение


Создание ракетно-космических систем потребовало решени я многих сложнейших научных и технических задач, подобных которым еще не знала практика.

Разработка проблем ракетно-космической техники я вилась мощным толчком в развитии многих областей науки. Системы правлени я ракетно-космическими комплексами и космическими летательными аппаратами представл я ют собой сложные автоматизированные системы, никальные по своей точности и многообразию выполн я емых ими задач. Дл я их создани я потребовалось существенное развитие теории правлени я и использование самых последних достижений техники. Достаточно рассмотреть основные задачи правлени я космическими объектами и оценить трудности, которые приходитс я преодолевать при их создании, чтобы представить себе величие достигнутого и перспективы будущего.

По своему назначению космические летательные аппараты можно разделить на следующие основные группы.

I. Искусственные спутники Земли и космические корабли:

— простейшие искусственные спутники.

— спутники, снабженные той или иной системой ориентации;

— спутники, снабженные системой коррекции орбиты или системой изменени я орбиты, способные переходить с одной орбиты на другую по командам бортовых систем или по командам с Земли;

— возвращаемые спутники или спутники с приборным отсеком, возвращаемым на Землю;

— стационарные спутники, имеющие суточный период обращени я вокруг Земли;

— пилотируемые космические корабли, снабженные как автоматической, так и ручной системой правлени я и посадки в заданный район Земли;

— системы спутников или космических кораблей, обеспечивающих автоматическую или ручную стыковку на орбите;

— орбитальные станции.

II. Лунные автоматические станции и космические корабли:

втоматические станции дл я исследовани я околоземного и окололунного пространства, обеспечивающие возможность достижени я поверхности Луны;

— автоматические станции дл я облета вокруг Луны;

— автоматические станции, способные совершать м я гкую посадку на Луну;

— искусственные спутники Луны;

—пилотируемые лунные ракетно-космические системы, обеспечивающие возвращение космического корабл я на Землю.

. Межпланетные автоматические станции и космические корабли:

— автоматические станции-зонды дл я изучени я межпланетного и околопланетного космического пространства;

— автоматические станции дл я изучени я планет:

) позвол я ющие достигнуть планеты,

б) обеспечивающие м я гкую посадку на планету,

в) искусственные спутники планет;

— межпланетные космические корабли дл я облета вокруг планет с возвращением на Землю;

— межпланетные ракетно-космические системы, предназначенные дл я посадки на планету, взлета с поверхности планеты и возвращени я на Землю.

Рассмотрение важнейших типов и назначени я искусственных спутников Земли, автоматических станций и космических кораблей позвол я ет охарактеризовать основные задачи правлени я космическими летательными аппаратами.








2. Системы правлени я (СУ) космическим летательным аппаратом (КЛА)


2.1 Основные пон я ти я


Дл я успешного проведени я научных экспериментов необходимо ориентировать и стабилизировать КЛА в пространстве. Решение этой задачи возложено на системы ориентации и стабилизации, от  технических и эксплуатационных характеристик которой во многом зависит спех проводимых научных экспериментов в космосе. Поэтому возникает необходимость в простых, надежных, точных, легких, работающих в течение длительного времени с минимальными затратами энергии системах ориентации и стабилизации КЛА.

Программы полета КЛА, используемых дл я научных исследований и решени я хоз я йственных задач, не требует выполнени я сложных поворотных маневров и прецизионной ориентации аппарата. Поэтому эффективность использовани я таких аппаратов оцениваетс я прежде всего временем их активного существовани я .

В этой св я зи большой научный и практический интерес представл я ет разработка пассивных и комбинированных систем ориентации и стабилизации, основанных на использовании окружающих КЛА силовых полей (гравитационного и магнитного), аэродинамических сил, сил светового давлени я и др. Системы этого класса характеризуютс я неограниченным ресурсом работы, простотой, надежностью, малой массой и поэтому я вл я ютс я наиболее предпочтительными. Перечисленные достоинства пассивных и комбинированных систем обусловили их широкое применение.

Теперь я по я сню пон я ти я ориентаци я и стабилизаци я .

Ориентаци я – это определенное положение или последовательность определенных положений, занимаемых КЛА в пространстве. Как правило, система ориентации, ликвидиру я большое первоначальное отклонение, совмещает св я занную систему координат с опорной (базисной) системой координат, последн я я задаетс я на борту КЛА с помощью специальных устройств и приборов и может быть либо неподвижной, либо перемещатьс я в неинерциальном пространстве.

Стабилизаци я   - это процесс странени я неизбежно возникающих в полете малых гловых отклонений св я занной системы координат, заданной при ориентации. Система стабилизации придает летательному аппарату способность после определенной ориентации в пространстве восстанавливать свое первоначальное положение, нарушенное внутренними или внешними возмущающими воздействи я ми, или сопротивл я тьс я действию возмущений.


2.2 Классификаци я СУ


Системы ориентации и стабилизации дают КЛА следующие преимущества: 1) лучшие информативные свойства направленных антенн; 2) большую эффективность солнечных батарей; 3) Лучшие услови я дл я терморегулировани я 4) Лучшие слови я дл я целого р я да измерений и наблюдений, проводимых в космосе.

Существующие и разрабатываемые в насто я щее врем я системы ориентации и стабилизации могут быть разделены на три основные группы: пассивные, активные и комбинированные.

Пассивна я система ориентации и стабилизации – это система, котора я не требует на борту КЛА источника энергии дл я своей работы. Дл я создани я управл я ющих моментов она использует физические свойства среды, окружающей КЛА (гравитационное или магнитное поле, солнечное давление, аэродинамическое сопротивление), или свойство свободно вращающегос я твердого тела сохран я ть неподвижной в инерциальном пространстве ось вращени я . В пассивных системах не только ориентаци я , но и стабилизаци я КЛА, например, демпфирование собственных колебаний, достигаетс я без использовани я активных правл я ющих стройств.

ктивна я система ориентации и стабилизации – это система, котора я при выполнении своих функций нуждаетс я в бортовых источниках энергии. Такие системы в процессе своей работы используют активные стройства: управл я емые маховики, газово-ракетные двигатели, магнитоприводы, гироскопические и оптические чувствительные элементы.

Особенности пассивных и активных систем:

1. Активные системы обеспечивают высокую точность ориентации, пассивные дают низкую точность.

2. Пассивные системы не расходуют энергию бортовых источников питани я , а используют дл я создани я правл я ющих моментов естественные силы, действующие в слови я х космического пространства; активные системы расходуют массу или энергию, хран я щуюс я или накопленную в ЛКА.

3. Пассивные системы конструктивно просты, имеют высокую надежность и практически неограниченный срок службы. Однако простот пассивных систем обычно достаетс я ценой меньшей маневренности и не всегда дает желаемую ориентацию в состо я нии равновеси я . Активные системы достаточно сложны, имеют ограниченный срок службы, определенной надежностью и ресурсом активных стройств и запасом энергии на борту.

4. Активные системы могут создавать достаточно большие по величине правл я ющие моменты. У пассивных систем моменты достаточно малы.

5. Активные системы имеют большое быстродействие. Пассивные системы, наоборот, медленные.

Однако с развитием техники повышаетс я требовани я к точности ориентации и стабилизации КЛА. И в некоторых случа я х по отдельности эти системы же не справл я ютс я с поставленными перед ними. Поэтому используют комбинированные системы. Например, комбинированное использование любой пассивной системы с газореактивной позвол я ет: а) Обеспечить в течение полета КЛА несколько режимов работы с различной точностью ориентации; б) Создавать в определенные интервалы времени большие по величине правл я ющие моменты; в) иметь большой срок службы; г) расходовать энергии значительно меньше.

Выбор системы ориентации зависит от целого р я да факторов. К ним, прежде всего, относитс я требование по точности, котора я определ я етс я назначение ЛКА. Комбинированные системы ориентации и стабилизации  целесообразно использовать также дл я КЛА, состо я щих из нескольких тел, каждое из которых должно ориентироватьс я с неодинаковой точностью в разных направлени я х в течение всего полета. В этих случаев дл я частей аппарата, ориентируемых с низкой точностью в течение долгого промежутка времени, желательно примен я ть пассивные системы, дл я частей, ориентируемых с высокой точностью, – активные.

Если от системы ориентации и стабилизации в течение небольшого количества времени необходима высока я точность ориентации, в остальное врем я требуетс я не высока точность, то желательно использовать комбинированные системы. Также с помощью пассивной системы можно ориентировать грубо, с помощью активной сделать ориентацию более точной. Комбинированные системы целесообразно примен я ть при полете к другим планетам.



2.3 Требовани я , предъ я вл я емые к СУ


Выбор проектирование и создание систем ориентации и стабилизации в основном определ я ютс я задачами, решаемыми в течение полета, и характеристиками КЛА. В процессе проектировани я должен быть прин я т в расчет р я д следующих факторов: 1) требовани я к точности ориентации и стабилизации; 2) ограничени я по массе, габаритам и потребл я емой мощности; 3) требовани я по обеспечению надежности системы при выполнении своих функций и возможность дублировани я элементов системы; 4) простот конструкции системы и срок активного существовани я ; 5) требовани я к коррекци я м скорости; 6) конфигураци я КЛА и общие технические требовани я к нему; 7) требовани я к гловой скорости в процессе правлени я ; 8) число правл я емых степеней свободы; 9) требовани я к режимам работы системы; динамическа я модель КЛА (упругость конструкции, моменты инерции, распределение массы и т. д.).

В процессе полета КЛА может возникнуть потребность в переориентации, например, дл я фотографировани я кометы или планеты. В этом случае к КЛА выдвигаютс я следующие требовани я : 1)врем я , отводимое на переориентацию, включа я стабилизацию; 2) рабочее тело и энерги я , расходуемое  в процессе переориентации. 

Дл я КЛА могут быть поставлены самые разнообразные задачи, и дл я каждой требуетс я сво я точность. Например, изучение космического пространства или метеорологическа я задача требует точности в 1-10 градусов, фотографирование с помощью телескопа с диаметром главной линзы 510 мм – 1 секунда. А, например, дл я солнечных батарей погрешность может составл я ть 10-15 градусов, направленных антенн – 1 градус.

Между требованием высокой точности и остальными характеристиками существует некоторое противоречие. Если мы хотим величить точность, то нам надо сложнить систему, что неизбежно приведет к величению массы. Долгое активное существование так же зависит от сложности системы. правление в космическом пространстве существенно отличаетс я от правлени я на Земле. Во-первых, в космосе присутствует невесомость (отсутствует сила прит я жени я , а точнее она скомпенсирована) и отсутствует сила трени я . Это делает очень дорогим испытание КЛА на Земле. Во-вторых, в космическом пространстве существуют очень малые возмущени я (например, метеоритна я пыль), но они придают КЛА существенные моменты в отсутствии сил трени я .

2.4 Возмущени я


При проектировании систем ориентации и стабилизации необходимо знать величины всех моментов, действующих на КЛА. К сожалению, не всегда имеетс я точна я количественна я информаци я о возмущающих моментах.

Возмущающие моменты возникают в результате целого р я да факторов. Приведу основные источники возмущающих моментов:

·         Аэродинамическое сопротивление

·         Магнитные и электрические пол я

·         Гравитационные пол я Земли и небесных тел

·         Соударени я с метеоритами

·         Движение масс внутри спутника

·         Неравномерное вращение опорной системы координат (элептичность орбиты)

·         Температурные деформации элементов СУ

·         Бомбардировка космическим излучением

·         Ошибки двигателей

·         Погрешности при изготовлении СУ










3. Выводы


Дл я решени я различных задач на орбите необходимо каким-либо образом ориентировать и стабилизировать КЛА. Дл я этого не об я зательно тратить массу или энергию, накопленную на борту, нужно всего лишь эффективно использовать окружающую среду. Только дл я очень точной и быстрой ориентации и стабилизации требуетс я расход ресурсов КЛА. 

Системы ориентации и стабилизации нужны дл я сведени я к минимуму возмущений полученных в ходе полета КЛА. Основные типы этих возмущений я привел выше.





4. Список литературы


1) Попов В. И. Системы ориентации и стабилизации космических аппаратов: пассивные и комбинированные системы: учеб. Пособие; Москва: Машиностроение, 1977. – 184 с.

2) домен сайта скрыт/bibl/n-i-ch/1968/upr.html