АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ВЫБОРА КРИТЕРИЯ ОПТИМАЛЬНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ ЕГО ПЕРЕВОДЕ НА ОРБИТУ СПУТНИКА ЗА СЧЕТ ТОРМОЖЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ ПЛАНЕТЫ

© В.П.Казаковцев, А.В.Сухенко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2001 г.

Теория космических полетов, представлявших давнюю мечту чело¬вечества, превратилась в науку в результате основополагающих трудов великого русского ученого Константина Эдуардовича Циолковского.

При реализации космических полетов наряду со многими другими необходимо решать сложную и ответственную задачу торможения, под которой понимается задача гашения всей энергии космического аппарата (КА) при переведении аппарата с гиперболической траектории на орбиту искусственного спутника. Используемый в настоящее время способ выведения КА на орбиту спутника планеты осуществляется с использованием тормозной двигательной установки, что приводит к большим энергетиче¬ским затратам. Поэтому большой интерес представляет собой способ выведения КА на орбиту спутника с предварительным аэродинамическим торможением в атмосфере планеты, что приводит к существенному энергетическому выигрышу.

Задача маневра заключается в переводе КА из начального положения в заданное конечное положение с минимальными затратами топлива. В идеальном случае переходная и конечная орбиты должны быть такими, чтобы апоцентр орбиты, реализовавшейся после выхода из атмосферы, был равен радиусу круговой орбиты назначения, и для перевода достаточно дать один импульс в точке касания орбит. Реальная переходная орбита будет отличаться от идеальной, и необходимо будет сделать два импульса: в апоцентре переходной орбиты и в точке касания полученной орбиты с орбитой назначения.

В зависимости от величины плотности атмосферы планеты назначения и аэродинамического качества (К) КА, возможны различные варианты перехода КА после аэродинамического торможения на эллиптическую орбиту. При достаточно большой плотности атмосферы и больших значениях К апоцентр эллиптической орбиты может находиться ниже радиуса круговой орбиты. Как показали предварительные результаты исследований, в этом случае критерием оптимальности маневра является максимальное значение скорости вылета из атмосферы. Однако увеличение аэродинамического качества КА сопряжено с решением ряда сложных технических проблем, поэтому во многих случаях для маневра выбираются КА, имеющие более простую геометрическую форму, например, КА скользящего типа (0,2 < К < 0,5). При небольших значениях К, а также малой плотности атмосферы отдельных планет, апоцентр эллиптической орбиты будет находиться выше радиуса круговой орбиты и критерием оптимальности маневра будет являться минимальное значение скорости вылета из атмосферы.