О СОВМЕЩЕНИИ РЕЖИМОВ ОРИЕНТАЦИИ И КОРРЕКЦИИ ОРБИТЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

© М.В.Левский
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2002 г.

Говоря о возможности исследования мирового космического пространства реактивными приборами, основоположник научной космонавтики К. Э. Циолковский отмечал особую важность управления движением космического объекта. Предполагается, что основными средствами управления КА являются реактивные двигатели, а изменение движения ЛА осуществляется путем отброса массы.

В докладе рассмотрены вопросы оптимального совмещения режимов ориентации и коррекции высоты орбиты при управлении движением космического аппарата. Исследуются как общие подходы к решению обозначенной проблемы, так и конкретная постановка задачи совместного управления разворотом космического аппарата и траекторным его движением. Значительное увеличение размеров, массы и длительности активного существования КА, оснащенных системами ориентации и коррекции, приводит к резкому возрастанию относительного запаса топлива, необходимого для работы исполнительных органов системы управления движением. Отмечено, что использование нецентральной реактивной силы позволяет одновременно управлять движением центра масс КА и относительно его центра масс. Это в свою очередь обеспечивает значительную экономию невосполнимых ресурсов на проведение динамических операций во время орбитального полета КА.

Принцип управления движением как центра масс, так и относительно центра масс летательного аппарата с помощью нецентральной реактивной силы успешно применяется при создании органов управления ракет. Используя и развивая такой принцип управления движением при проектировании систем управления движением КА, можно сэкономить значительное количество топлива. Автором описан конкретный алгоритм совмещенного с коррекцией орбиты управления переориентацией космического аппарата применительно к орбитальным станциям. Показана высокая эффективность совмещения режимов ориентации и поддержания высоты орбиты космического аппарата. Приводится аналитическое решение поставленной задачи управления для случая разворота КА вокруг одной из главных центральных осей инерции. Практическое применение предложенного способа управления пространственным движением КА позволит существенно снизить расход топлива на динамические операции в целом. Представлены оценки показателей эффективности, которые могут быть получены при реализации полученного управления движением КА относительно центра масс и самого центра масс. При достаточно частом изменении ориентации КА необходимая величина импульса скорости на поддержание высоты орбиты может быть достигнута только за счет управления угловым его положением.

Опыт эксплуатации орбитального научного комплекса «Мир» показывает примерное равенство фактических затрат топлива на ориентацию и на поддержание высоты орбиты. При этом отношение указанных затрат Gк/GО колеблется от 0,68 до 0,75, что соответствует диапазону изменения показателя совмещения П[1,68–1,75]. Эти данные подтверждают реальную возможность практического использования совмещенных режимов управления движением орбитальных КА посредством реактивных микродвигателей и возможного отказа в будущем от проведения специальных коррекций орбиты с целью увеличения ее высоты (или по крайней мере резкого сокращения числа таких коррекций).

Оптимизация управления движением космических летательных аппаратов повышает эффективность космических полетов.