ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СВЕТОТЕНЕВОГО МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДКОЙ ЛУННОЙ ПОСАДОЧНОЙ СТАНЦИИ

© А.В.Багров, В.К.Сысоев, В.А.Леонов, А.Д.Юдин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2017 г.

Даже в горных областях Луны со сложным рельефом по существующим снимкам лунной поверхности можно выбрать площадку с плоским рельефом, малым наклоном к горизонту и отсутствием неровностей рельефа выше заданного уровня. На основании изучения вида площадки при разных углах освещения Солнцем можно определить, при каком положении Солнца неровности поверхности дают длинные и хорошо различимые тени. Расчётное место посадки должно быть выбрано в наименее запятнённой тенями области.

До установления связи между системами небесномеханических и селеноцентрических координат первый этап является самым сложным. Однако, возможно получение общего вида подстилающей поверхности в направлении полёта бортовой телекамерой и отождествлением снимка с видом поверхности, полученном заранее при таких же условиях освещения. Нужно в качестве исходной информации для системы управления спуском использовать величину удаления расчётной точки посадки на базовом снимке от центра (направления полёта) на текущем снимке бортовой камеры.

Гашение горизонтальной скорости должно контролироваться по неизменности расположения деталей рельефа в центре поля зрения камеры.

На втором этапе спуска в реальном времени анализируется светотеневая обстановка в надире спускаемого аппарата. Бортовой компьютер определяет положение незатенённой площадки наибольшего размера в центре кадра и управляет горизонтальными коррекциями спуска так, чтобы она постоянно находилась в центре поля зрения камеры.

Когда во всём поле зрения не окажется теней, это будет означать, что спуск проводится на область Луны с безопасным рельефом. С высоты 600 метров один метр на поверхности Луны будет соответствовать углу 0.1°. В процессе снижения масштаб отображения будет только расти. По скорости перемещения в горизонтальном направлении резких границ теней можно точно вычислить горизонтальную скорость СА и погасить её до требуемой величины, имея ещё запас во времени, отводимый на гашение вертикальной скорости. На этом же этапе по датчикам звездной ориентации необходимо довести ориентацию СА до требуемых значений азимутальных углов.

На третьем этапе управление спуска в горизонтальном направлении в этот момент прекращается. На этом этапе вычисляется скорость спуска по показаниям альтиметра и производится управление торможением с полным гашением вертикальной скорости на нулевой высоте. Появление в поле зрения камеры мелких деталей рельефа должно вызвать возникновение картины теней малых размеров; эта картина может быть использована для точного вычисления остаточных горизонтальных скоростей и скоростей разворота по азимуту. Эти данные (при необходимости) могут быть использованы для полного обнуления остаточных скоростей.

Предлагаемая схема управления мягкой посадкой СА может обеспечить безопасный спуск КА в выбранном районе Луны. В принципе, точность посадки в заданной точке может быть настолько высокой, насколько позволят системы управления движением СА. При частоте кадров бортовой телекамеры 30 кадр/с и продолжительности спуска на третьем этапе 10 с в распоряжении систем управления будет 300 мгновенных положений СА.

Светотеневой метод управления спуском СА может быть применён на любых аппаратах. Но, возможно, в будущем целесообразно разместить на границах области спуска световые маяки-пенетраторы, и, уже на основании пеленга на них, обеспечивать посадку с точностью приземления в единицы метров.