ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТРАТ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ И ВОСПОЛНЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ НА КРУГОВЫХ ОРБИТАХ

© А.А.Баранов, Д.А.Гришко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2013 г.

В настоящее время происходит заметное увеличение числа работающих в околоземном космическом пространстве спутниковых систем (СС), а также осуществляется модернизация некоторых из них с целью увеличения числа космических аппаратов (КА). Эти процессы делают необходимым тщательное исследование задач восполнения СС, когда резервный КА переводится на место аппарата, вышедшего из строя, или аналогичных с точки зрения затрат суммарной характеристической скорости задач, возникающих при подлете и ремонте вышедшего из строя КА. Задачи этого типа возникают также, когда одна ракета-носитель выводит несколько КА в одну точку на рабочей орбите, и требуется развести их по разным рабочим позициям.

Существуют два основных варианта восполнения СС: в первом случае осуществляется перевод резервного КА вдоль орбиты, на которой он находится, во втором случае КА переводится в заданную точку рабочей орбиты, имеющей иную долготу восходящего узла (ДВУ).

В основе предлагаемой оптимизации затрат суммарной характеристической скорости (СХС) на маневрирование лежит фазирование орбиты как по аргументу широты, так и по ДВУ. В задаче перевода КА вдоль орбиты получены аналитические зависимости, позволяющие определить компромиссное количество витков ожидания между оптимальным по времени и оптимальным по затратам СХС перелётом. В задаче перевода КА на орбиту с иной ДВУ показано, что при осуществлении поворота плоскости орбиты на относительно малые углы (несколько градусов), возможно существенно уменьшить затраты СХС за счёт колебательного характера кривой зависимости СХС от угла поворота, при этом поворот на бóльший угол возможен при заметно меньших затратах СХС.

В работе рассмотрены круговые и близкие к ним орбиты. На орбитах этого класса функционирует значительная часть современных СС дистанционного зондирования Земли, навигации и связи.

Полученные результаты могут быть использованы для минимизации энергетических и временных затрат при проектировании и формировании спутниковых систем.