ПРИМЕНЕНИЕ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ТОЧНОЙ ПОСАДКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ЗЕМЛЮ

© А.Ю.Кутоманов, С.И.Кудрявцев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2014 г.

Основные положения государственной политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 года и дальнейшую перспективу предполагают создание перспективной пилотируемой транспортной системы (ППТС), включающей пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК НП). Одним из важнейших требований к нему было обеспечение посадки на территории России. Для этого предварительно были найдены 3 района посадки, удовлетворяющие требованиям по безопасности экипажа, местного населения и поисково-спасательной службы (ПСС). Исходя из размера районов посадки, радиус которых не превышает 5 км, были выдвинуты требования по обеспечению точности приведения ПТК НП в точку посадки

Результаты проведенных ранее работ показывают, что обеспечение требуемой точности с использованием только средств автономной инерциальной навигации невозможно.

Для повышения точности системы управления спуском (СУС) необходимо выполнение двух условий: применение гибких высокоточных терминальных алгоритмов наведения и использование внешнетраекторной информации при управлении на атмосферном участке спуска возвращаемого аппарата (ВА).

В докладе рассматривается второе из необходимых условий и его особенности, в частности, возможность работы аппаратуры спутниковой навигации (АСН) при возмущённом движении на атмосферном участке спуска.

Существующий опыт использования АСН в космической технике показывает, что для успешного получения вектора состояния космического аппарата (КА) с использованием навигационных систем «ГЛОНАСС» или «GPS» необходимо, чтобы КА находился в стабилизированном положении, т.е. практически не имел угловых скоростей относительно центра масс. Например, анализ решения задачи определения орбиты КА «Канопус-В» показывает, что при переводе аппарата из штатной ориентации в грубую ориентацию, т.е., когда возникают угловые ускорения, измерения, полученные с помощью АСН, практически полностью отбраковываются. При этом порядок угловых скоростей составляет 0,4–0,8 град/с. При моделировании изменения угловой скорости крена при спуске ВА скользящего типа видно, что угловые скорости при движении на атмосферном участке спуска намного больше, чем при движении по орбите. Отсюда можно сделать вывод, что АСН при спуске без алгоритмов учёта возмущённого движения вокруг центра масс работать не будет.

Другой проблемой использования АСН для обеспечения работы СУС является время, необходимое для получения данных. Если для КА, находящихся на орбите, эта проблема не является такой актуальной ввиду большого запаса времени на определение орбиты, то для обеспечения спуска эта проблема стоит очень остро, так как время от входа в атмосферу до физического касания ВА Земли исчисляется минутами. Так, для КА «Канопус-В» время от «холодного» запуска АСН до получения первых данных составляет порядка 5 минут, что неприемлемо для использования при спуске ВА. За такое время восстановления радиосвязи со спутниками ВА уже будет находиться на высоте ввода системы мягкой посадки. При этом, если до входа в плотные слои атмосферы обеспечить возможность работы АСН, то данные о положении ВА можно получить в течение 1 минуты, что вполне приемлемо для задач обеспечения спуска.

Проблему обеспечения функционирования АСН при наличии возмущённого движения ВА относительно центра масс, можно решить путём доработки алгоритмов обработки данных, полученных от АСН, с учётом поправок, учитывающих движение вокруг центра масс ВА на атмосферном участке спуска.

Проблема со временем получения данных от АСН может быть решена, если траектория спуска будет оптимизирована по максимуму высоты возобновления радиосвязи с ВА после выхода из плазмы.

Сформулированы основные проблемы при использовании АСН для управления спуском ВА на Землю, приведены возможные пути их решения.