МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СПУСКАЕМОГО АППАРАТА С НАДУВНЫМ ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ СПУСКАЕМОГО АППАРАТА С НАДУВНЫМ ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

© А.Г.Топорков, В.В.Корянов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2013 г.

В работе проводится исследование движения космического спускаемого аппарата с надувным тормозным устройством (НТУ). НТУ можно отнести к системам аэродинамического торможения орбитальных космических аппаратов в слоях атмосфер планет и посадки на поверхности планет без применения реактивных систем торможения.

НТУ представляет собой замкнутую герметичную оболочку или ряд оболочек, образующих заданную форму после заполнения их газом. Эта оболочка состыковывается с предназначенным для спуска в атмосфере объектом (С.Н. Алексашкин, К.М. Пичхадзе, В.С. Финченко. Принципы проектирования спускаемых в атмосферах планет аппаратов с надувными тормозными устройствами, www.vestnik.laspace.ru: журнал «Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина. 2012. URL http://vestnik.laspace.ru/pdf/5-2012.pdf). В качестве объектов моделирования выбраны спускаемые аппараты по типу MetNet (Intoduction to the Mars MetNet Mission, www.metnet.fmi.fi. 2009. URL http://metnet.fmi.fi/index.php?id=51) и IRVE-3 (Dr. Neil Cheatwood. IRVE-3 Data Download//www.nasa.gov: National Aeronautics and Space Administration. 2012. URL http://www.nasa.gov/offices/oct/home/feature_irve3.html).

Основной задачей данного исследования является моделирование движения продольной оси спускаемого аппарата при спуске в атмосфере планеты.

Процесс спуска аппарата с НТУ в атмосфере можно условно разбить на два участка: участок аэродинамического торможения; участок предпосадочного торможения.

На первом участке полёта торможение аппарата осуществляется при помощи основного НТУ конической формы. На этом участке происходит основное снижение скорости аппарата до дозвуковой в конце участка. При этом аппарат подвергается воздействию значительной продольной перегрузки и скоростного напора, а также высокой тепловой нагрузке.

Участок предпосадочного торможения начинается с момента ввода дополнительного НТУ (ДНТУ) и заканчивается посадкой аппарата на поверхность. На этом участке осуществляется окончательное торможение аппарата до посадочной скорости.

В ходе моделирования были получены следующие результаты: при заданных начальных условиях движения спускаемый аппарат испытывает приемлемые продольные перегрузки. Вращение аппарата относительно осей Y, Z прекращается после некоторого промежутка времени от момента введения ДНТУ. Получен график изменения положения продольной оси X от времени.

По полученным графикам годографа оценена устойчивость аппарата и определены условия его опрокидывания.