МЕХАНИКА СБЛИЖЕНИЯ В КОСМОСЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ ГИБКО СВЯЗАННЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

© В.А.Иванов, А.К.Ситарский
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2004 г.

Идея о создании и использовании космических объектов, соединенных гибким тросом, была высказана К. Э. Циолковским более ста лет назад в работе «Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения» (1895 г.). Последующие исследования показали, что применение связок позволяет эффективно решать целый ряд задач, к числу которых можно отнести операции сближения и встречи в космосе.

Предполагается, что связка состоит из орбитальной станции (ОС) и привязного объекта (ПО), соединенных тросом. Задача сближения с КА решается ПО. Рассматривается решение задачи встречи с расцеплением связки и без расцепления. Расцепление связки может производиться в начале операции сближения или в конце. Расцепление на начальном участке осуществляется в тех случаях, когда длина троса меньше расстояния между орбитами ОС и КА. Непосредственно перед расцеплением связки должны быть обеспечены такие параметры движения тросовой системы, которые позволяют после расцепления связки осуществить переход ПО на траекторию встречи с КА. Расцепление связки на конечном участке сближения осуществляется для стыковки ПО и КА или для реализации их группового полета. Это возможно в том случае, когда расстояние между орбитами ОС и КА не превышает располагаемой длины троса.

Разработана методика определения основных характеристик тросовой системы и параметров процесса сближения, реализуемого из равновесного стационарного режима движения связки, а также из режима колебаний и вращения вокруг центра масс. Получены аналитические зависимости для определения требуемых значений длины троса, амплитуды колебаний связки и ее угловой скорости, обеспечивающих встречу ПО и КА. Анализируются возможные значения относительной скорости в момент встречи, продолжительности процесса сближения и необходимого начального углового рассогласования КА и тросовой системы для одновременного прибытия ПО и КА в заданную точку встречи. Определены условия реализации сближения и встречи с нулевой относительной скоростью на круговых и эллиптических орбитах.

Разработана методика и проведена оценка выигрыша в энергетике за счет применения связки для решения задачи сближения в космосе. По величине характеристической скорости, определяющей выигрыш в энергетике, с помощью формулы Циолковского была рассчитана величина экономии топлива. Для рассмотренных в работе вариантов при серии сближений из равновесного режима движения связки экономия топлива составила от 219 до 2597 кг. В случае сближения из режима колебаний связки или ее вращения вокруг центра масс экономия топлива оказывается значительно больше. Полученные в работе результаты свидетельствуют о достаточно высокой эффективности применения связки для сближения в космосе.