Исследование движения центра масс межпланетных космических аппаратов
1. Оглавление.................................................................................... 1
2. Исследовательская часть..................................................... 3
2.1. Введение........................................................................................... 3
2.2. Краткие сведения об орбите............................................................ 4
2.2.1. Характеристика орбиты................................................................ 4
2.2.2. Связь МКА с наземными пунктами управления.......................... 5
2.2.3. Выведение на рабочую орбиту..................................................... 6
2.3. Исходные данные и цели работы................................................... 10
2.3.1. Исходные данные........................................................................ 10
2.3.2. Цели работы................................................................................ 12
2.4. Моделирование движения центра масс МКА................................ 13
2.4.1. Уравнения движения МКА.......................................................... 13
2.4.2. Возмущающие ускорения, действующие на МКА...................... 15
2.4.3. Расчет параметров текущей орбиты МКА.................................. 22
2.5. Коррекция траектории МКА.......................................................... 24
2.5.1. Коррекция приведения................................................................ 24
2.5.2. Расчет потребного топлива......................................................... 26
2.5.3. Коррекция поддержания............................................................. 27
2.6. Движение МКА относительно центра масс................................... 28
2.6.1. Уравнения движения относительно центра масс МКА.............. 28
2.6.2. Стабилизация углового положения при коррекции................... 28
3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ....................... 31
3.1. Организация и планирование выполнения темы........................... 31
3.2. Определение затрат труда.............................................................. 31
3.3. Расчет сметы затрат на разработку программного продукта....... 35
4. ПроМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ.................. 39
4.1. Введение......................................................................................... 39
4.2. Анализ вредных факторов............................................................. 39
4.3. Требования к видеотерминальным устройствам.......................... 44
4.4. Расчет вредных излучений............................................................. 46
4.5. Рациональная организация рабочего места................................... 46
4.6. Рекомендации по снижению утомляемости.................................. 47
4.7. Защита от напряжения прикосновения. Зануление....................... 48
4.8. Пожарная безопасность................................................................. 49
5. Список литературы................................................................. 53
6. Приложение. ТекстЫ Программ для Borland C++ и Matlab 4.0 for windows............................................................................................ 54
6.1. Основной программный модуль main.cpp.................................... 54
6.2. Подпрограмма расчета возмущающих ускорений, параметров орбиты и коррекции sfun.cpp................................................................................................. 57
6.3. Файл начальной инициализации init.h............................................ 77
6.4. Файл описания переменных def.h.................................................. 79
6.5. Файл sfun.h...................................................................................... 81
6.6. Файл rk5.h....................................................................................... 81
6.7. Программа построения временных диаграмм............................... 82
2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. ВВЕДЕНИЕ
В данной работе проводится исследование движения центра масс МКА под действием различных возмущающих ускорений (от нецентральности гравитационного поля Земли, сопротивления атмосферы, притяжения Солнца и Луны, из-за давления солнечных лучей) и создание математической модели движения ЦМ МКА, позволяющей учесть при интегрировании уравнений движения ЦМ МКА эволюцию орбиты МКА.
В работе разрабатывается алгоритм коррекции, ликвидирующий ошибки выведения МКА и рассчитывается масса топлива, необходимая для проведения коррекции, необходимой из-за эволюции параметров орбиты и из-за ошибок выведения МКА на рабочую орбиту.
Точность проведения коррекции зависит от точности направления корректирующего импульса, заданной в ТЗ. Было проведено моделирование системы коррекции в режиме стабилизации углового положения при работе корректирующей двигательной установки.
В работе приводятся программы, реализующие интегрирование уравнений движения ЦМ МКА, процесс осуществления коррекции и расчет топлива для коррекции.
2.2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОРБИТЕ
Основными показателями эффективности космической группировки, являются:
- предельная производительность МКА в сутки на освещенной стороне Земли не менее 400-500 объектов.
- периодичность наблюдения районов съемки не реже одного раза в сутки.
Расположение плоскости орбиты по отношению к Солнцу выбрано таким образом, чтобы угол между линией узлов и следом терминатора на плоскости экватора Земли составлял Dт = 30°. При этом северный полувиток орбиты должен проходить над освещенной частью земной поверхности. Для определенности углу Dт приписывается знак «+» в том случае, если восходящий узел орбиты находится над освещенной частью Земли, и знак «-», если ВУ находится над неосвещенной частью. При выборе баллистического построения оперируют углом D, однозначно определяющимся прямым восхождением Солнца a0 и долготой восходящего узла орбиты в абсолютном пространстве W: D = a0 - W. Соотношение между углом Dт и углом D: D º Dт - 90°.
2.2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОРБИТЫ
Для решения задач наблюдения Земли из космоса с хорошим разрешением при жестких ограничениях на массу КА и минимизации затрат на выведение целесообразно использовать низкие круговые орбиты. В этом классе орбит выделяют солнечно-синхронные орбиты со следующими свойствами:
- скорость прецессии плоскости орбиты в пространстве составляет примерно 1° в сутки, что практически обеспечивает постоянство ориентации ее относительно терминатора Земли в течении всего срока активного существования КА.
- близость наклонения плоскости орбиты к полярному, что обеспечивает глобальность накрытия полюсами обзора поверхности Земли.
- возможность наблюдения районов на поверхности Земли примерно в одно и то же местное время при незначительном изменении углов места Солнца в точке наблюдения.
Всем этим условиям удовлетворяют солнечно-синхронные орбиты с высотами от нескольких сот до полутора тысяч километров. На больших высотах наклонение солнечно-синхронной орбиты отличается от полярного, и глобальность накрытия поверхности Земли не обеспечивается. Для повышения эффективности наблюдения целесообразно выбрать орбиты с изомаршрутной трассой, у которых следы орбит ежесуточно проходят на одними и теми же районами Земли, что позволяет обеспечивать периодичность наблюдения одного и того же объекта, как минимум, раз в сутки с одного КА.
Предварительные расчеты показали, что целесообразно использовать орбиту с высотой Н = 574 км и наклонением плоскости орбиты к плоскости экватора Земли i = 97,6°.
Масса МКА может составить от 500 до 800 кг (что зависит от вида целевой аппаратуры, устанавливаемой на борту МКА). Для выведения МКА на орбиту используется РН СС-19 («Рокот») с разгонным блоком «Бриз».
2.2.3. СВЯЗЬ МКА С НАЗЕМНЫМИ ПУНКТАМИ УПРАВЛЕНИЯ
Управление МКА осуществляется с наземных пунктов управления на территории России. Их количество и место расположения выбирается таким образом, чтобы на любом витке можно было организовать сеанс связи с МКА хотя бы с одного пункта управления. Угол возывшения МКА над горизонтом наземного пункта управления должен быть не менее 7°, а дальность до МКА не должна превышать 2200 км.
В расчете зон связи были использованы следующие исходные данные:
- высота орбиты - 574 км.
- наклонение орбиты - 97,6°.
- географическая долгота восходящего узла первого витка - 4° в.д.
- минимальный угол возвышения МКА над местным горизонтом - 7°.
Из рассматривавшихся возможных наземных пунктов управления (Москва, Новосибирск, Хабаровск, Мурманск, Калининград, Диксон, Комсомольск-на-Амуре, Петропавловск-Камчатский), было выбрано три (Москва, Диксон, Петропавловск-Камчатский), обеспечивающие возможности связи с МКА на любом витке орбиты. При этом зоны связи с МКА составляют от 3 до 9 минут на витке.
Интергральные характеристики возможности связи с МКА:
- высота орбиты - 574 км.
- число витков, видимых из Москвы, вит/сутки - 6.
- суммарное время видимости из Москвы, мин - 41.
- суммарное время видимости с трех пунктов, мин - 153.
- максимальное время видимости одного витка, мин - 9,1.
2.2.4. ВЫВЕДЕНИЕ МКА НА РАБОЧУЮ ОРБИТУ
Выведение МКА на орбиту с наклонением i = 97,6° и высотой Н = 574 км осуществляется ракетой-носителем «Рокот» с разгонным блоком «Бриз». При выведении для каждой отделяющейся части РН (отработанная первая ступень, обтекатель, отработанная вторая ступень) существует свой район падения.
Возможные варианты старта:
1. Полигон Байконур.
Из-за отсутствия зон падения отделяющихся частей возможно сформировать опорную орбиту с наклонением i порядка 65°. Для формирования опорной орбиты с наклонением близким полярному при использовании трассы с азимутом стрельбы более 180° (направление стрельбы на юг) - первая ступень падает в районе Ашхабада, обтекатель сбрасывается на высоте Н порядка 100 км, вторая ступень падает за Аравийским полуостровом. С точки зрения энергетики, выведение осуществляется не по оптимальной схеме, в результате чего на круговую орбиту высотой Н порядка 700 км выводится МКА массой менее 600 кг.
2. Полигон Ледяная (Свободный).
Из-за отсутствия зон падения отделяющихся частей возможно сформировать опорную орбиту с наклонением i порядка 54° и 65°. При северном запуске РН первая ступень падает в районе заповедника в устье реки Олейма (приток Лены).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
