КОМПЛЕКСНОЕ БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА ВЫСОКОТОЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ СПУСКОМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ

© С.И.Кудрявцев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2015 г.

Задачи выбора способов управления движением центра масс при спуске в плотных слоях атмосферы решаются для каждого типа космических кораблей (КК) в зависимости от ограничений и предъяв-ляемых, зачастую противоречивых, требований. Приоритетной задачей российской космонавтики является повышение точности посадки возвращаемых аппаратов (ВА) скользящего типа до ~1 км. Это позволит перенести районы посадки с территории Казахстана на территорию России, повысить безопасность экипажей, снизить затраты на поиск и эвакуацию.

Вопросам разработки высокоточных алгоритмов спуска посвя-щено большое количество работ. Однако, в подавляющем большин-стве, они не учитывают особенности динамики движения ВА на ко-нечном участке спуска (высоты менее 15 ÷ 20 км), полный набор дей-ствующих на ВА возмущающих факторов, а также особенности борто-вой реализации алгоритма.

Cоздание любой системы управления спуском (СУС) включает в себя два основных этапа: выбор номинальной траектории спуска, удовлетворяющей всем требованиям и ограничениям; разработка алгоритмов управления движением ВА.

Рассматривается второй из этапов. Основное внимание уделяет-ся исследованию динамических особенностей движения ВА на конеч-ном участке спуска, вопросам управляемости динамической системы «ВА – прицельная точка», а также синтезу гибкого информативного терминального алгоритма управления движением центра масс ВА. Формулируются требования к управлению движением ВА вокруг цен-тра масс.

Как следует из классической теории автоматического управле-ния, любая система управления состоит из трёх частей: чувствитель-ных элементов, управляющего устройства и объекта управления.

Приводятся результаты численного моделирования движения ВА на конечном участке спуска. Показывается, что при неучёте осо-бенностей динамики ВА в алгоритме управления движением центра масс, а также невыполнении некоторых условий при управлении дви-жением вокруг центра масс требуемая точность посадки ВА недости-жима.

В предыдущих работах было показано, что целесообразным яв-ляется использование комбинированной СУС. На начальном участке спуска управление осуществляет автономная СУС по информации от инерциальной навигационной системы (ИНС) и простой алгоритм наведения (например, аналогичный СУС КК «Союз ТМА»). После начала получения высокоточной навигационной информации (рас-сматривается спутниковая навигация) с высоты 45÷48 км начинается участок точного наведения с использованием терминального алгорит-ма. Задачей управления на этом участке является компенсация ошибок ИНС и действия возмущений.

Приводится краткое описание дискретного информативного терминального алгоритма управления центром масс ВА, основанного на явлении «стягивания» зоны манёвра ВА в прицельную точку по ме-ре уменьшения высоты и оставшейся дальности полёта. Для этого на каждом шаге управления, на основании двух прогнозов оставшейся части траектории определяются текущие параметры зоны манёвра ВА. Целью управления является организация движения центра зоны манёвра (аппроксимируемой эллипсом) в сторону прицельной точки. Для прогнозирования используется численный алгоритм, адаптивный к действиям непрогнозируемых возмущений.

Представленные численные результаты, иллюстрирующие ха-рактеристики предлагаемого комплекса алгоритмов, получены на ос-новании статистического моделирования управляемой траектории спуска от включения тормозной двигательной установки для схода с орбиты до начала работы системы мягкой посадки. Показаны устойчивость и требуемая точность работы предлагаемого терминального алгоритма управления.