АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ПОСАДКИ НА ЗЕМЛЮ ОБЪЕКТОВ, СПУСКАЕМЫХ С ОРБИТЫ С ПОМОЩЬЮ ДЛИННОГО ТРОСА

© Н.Л.Шошунов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2008 г.

Тросовые орбитальные маневры, в том числе и спуск с орбиты, могут осуществляться по трём основным схемам. «Висячая отцепка» («hanging release») спускаемого объекта выполняется из устойчивого вертикального положения тросовой связки, «маховая отцепка» («swinging release») — при прохождении связкой, совершающей сильные либрации, вертикального положения, и «вращательная отцепка» («rotating release») — в процессе быстрого вращения связки в плоскости орбиты. Тросовый спуск грузов с орбиты без их посадки на Землю был успешно отработан в американских экспериментах с использованием ракеты «Delta 2»: SEDS 1 (1993 год, маховая отцепка) и SEDSAT 1 (1998 год, висячая отцепка). В сентябре 2007 г. с использованием российского спутника «Фотон М» был проведен европейский эксперимент YES 2, в котором была сделана попытка с помощью троса длиной 30 км осуществить по схеме маховой отцепки спуск с орбиты капсулы «Fotino» с ее посадкой на парашюте в заданном районе Земли. Однако из-за сбоев в процессе выпуска троса и других отказов обеспечить сколько-нибудь точную посадку капсулы не удалось — она так и не была обнаружена ни на Земле, ни в космосе. Планируемые отечественные эксперименты «Трос 1», «Трос 1А», «Трос 2», проекты тросовой системы с атмосферным зондом и тросовых запусков малых спутников предусматривают тросовые орбитальные маневры исключительно по схеме висячей отцепки.

В докладе рассматриваются погрешности посадки на Землю объектов, спускаемых с орбиты с помощью длинного троса по схеме висячей отцепки, определяемые комбинацией таких факторов как высота исходной круговой орбиты, номинальная длина троса и её вариации, статическое угловое отклонение троса от местной вертикали, маятниковые и продольные колебания связки. На первом этапе анализа использовалась упрощенная модель спуска с орбиты, разделяющая траекторию движения объекта на свободный полет до входа в атмосферу и спуск в атмосфере; в этой модели по возможности делались расчеты по приближенным формулам. Для верификации результатов этих расчетов использовалось более сложное математическое описание, основанное на стандартной модели атмосферы и требующее применения численных методов. Анализировались как отдельное влияние каждого возмущающего фактора на точность посадки, так и их комбинированное влияние в различных сочетаниях. При анализе влияния маятниковых и продольных колебаний выявлялись фазы этих колебаний, приводящие к наиболее показательным конечным результатам. Расчёты выполнялись в системе компьютерных вычислений MATLAB, их результаты представлены в основном в виде графиков, а также двумерных и трехмерных диаграмм, удобных для использования при быстрых оценках точности посадки объектов при тросовом спуске с орбиты.