БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БРОСКОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПЕНЕТРАТОРА КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА «МАРС-96»
© А.В.Колокольников
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2007 г.
Космический комплекс «Марс-96» включал два пенетратора, предназначенных для исследования геофизических, метеорологических, сейсмических свойств Марса, телевизионной съемки его поверхности, определения элементного состава и физических свойств пород.
Для проведения бросковых испытаний предложен новый подход и методика расчета траекторий движения центра масс (ЦМ) пенетратора, обеспечивающие требуемые условия встречи (скорость, траекторный угол) с грунтом-аналогом марсианского.
Полученные результаты позволяют для требуемых условий встречи с грунтом-аналогом:
– рассчитать минимально потребный баллистический параметр пенетратора;
– рассчитать множество траекторий продольного движения ЦМ пенетратора путем интегрирования уравнений в обратном направлении (от момента встречи с грунтом до множества значений скоростей и траекторных углов, реализуемого средствами сброса);
– обоснованно выбрать значения скорости и траекторного угла в момент сброса для проектируемого броскового эксперимента.
Получены минимальные значения баллистического параметра для скорости встречи с грунтом 80 м/с при траекторных углах -90°, -75° и -60°. Рассчитаны траектории движения ЦМ пенетратора с минимальными значениями баллистического параметра. Интегрирование прекращалось при достижении скорости ~300 м/с для наклонных траекторий пикирования и близкой к нулевой скорости падения – для вертикальных траекторий. Определено влияние горизонтального ветра со скоростями ±6 и ±12 м/с на рассчитанные траектории.
Оценка влияния углового движения пенетратора на движение ЦМ проводилась для номинальной вертикальной траектории. Уравнения полного движения пенетратора в вертикальной плоскости составлены с использованием скоростной и связанной систем координат. Заданные таблично аэродинамические коэффициенты тангажа, продольной и нормальной сил аппроксимировались полиномами десятой степени из условия минимума среднего квадрата ошибки.
Расчеты проводились в среде программирования Turbo Pascal 7.0. Графики результатов расчетов строились с помощью пакета Grapher.
По результатам работы сделаны следующие выводы:
– в общем случае сброс пенетратора должен осуществляться с пикирующего самолета или вертолета;
– в частном случае для получения близких к вертикальным траекторий необходимо использовать вертолет в режиме висения;
– движение пенетратора вокруг ЦМ оказывает незначительное влияние на движение ЦМ;
– ориентировочные размеры площадки с грунтом-аналогом составляют 1010 м2 и подлежат уточнению серией бросков на неподготовленный песчаный грунт.