способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса
Классы МПК: | B64G1/28 с использованием инерционного или гироскопического эффекта B64G1/26 с использованием реактивной силы |
Автор(ы): | Ковтун В.С., Банит Ю.Р. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-04-23 публикация патента:
27.01.2003 |
Изобретение относится к области объединенного управления ориентацией и движением центра масс космических аппаратов (КА). В предлагаемом способе по вектору кинетического момента в системе силовых гироскопов и вектору угловой скорости КА определяют текущий суммарный кинетический момент КА
Выбирают электроракетные реактивные двигатели с проекциями тяг на заданное направление коррекции орбиты и группируют их во всевозможных комбинациях. Для каждой группы прогнозируют изменения вектора
на определенном интервале коррекции. При этом, кроме двигателей, учитывают влияние на КА внешних магнитных, гравитационных и солнечно-светового полей. Определяют момент и интервал времени выхода данного вектора
на границу области его допустимых значений. За этот интервал определяют величины импульсов коррекции от каждой группы двигателей и включают в действие группу с максимальным импульсом. В процессе коррекции орбиты отслеживают разность прогнозируемых и текущих значений вектора G(t) для данной группы. Продолжают коррекцию, если модуль этой разности менее допустимой величины. В противном случае прекращают коррекцию орбиты и считают текущий момент времени начальным для повторного выбора вышеуказанной группы двигателей. Изобретение обеспечивает повышение точности управления, минимизацию расхода рабочего тела и снижение влияния процесса разгрузки гироскопов на орбиту КА. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-1t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-2t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-3t.gif)
Формула изобретения
Способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, включающий определение требуемого значения скорости коррекции орбиты космического аппарата, определение интервала времени (t0, tk) проведения коррекции, поддержание заданной ориентации космического аппарата с помощью силовых гироскопов в процессе коррекции орбиты реактивными двигателями, измерение при этом значений вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов и вектора угловой скорости космического аппарата, определение по измеренным значениям вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов, вектора угловой скорости космического аппарата и с учетом известных значений моментов инерции космического аппарата значений суммарного вектора кинетического момента космического аппарата![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-63t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-64t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-65t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-66t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-67t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-68t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-69t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-70t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-71t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-72t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-73t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к космонавтике, а именно к управлению ориентацией и движением центра масс космических аппаратов (КА). Известен способ управления космическим аппаратом [1], снабженным реактивными двигателями (РД) с направленными под углом к осям связанного базиса и смещенными относительно центра масс аппарата линиями действия тяг. В этом способе к корпусу КА прикладывается требуемый управляющий момент одновременно по трем осям связанного базиса путем установки РД в параллельных плоскостях и включения тех из них, проекции векторов управляющих моментов которых на ось требуемого управляющего момента суммируются, а относительно остальных осей связанного базиса - взаимно компенсируются. Кроме того, осуществляется коррекция орбиты КА по каждому из двух заданных направлений, совпадающих с направлениями осей связанного базиса, путем приложения тяг реактивных двигателей для отработки импульсов, заданных в соответствии с направлением и величиной векторов линейной скорости коррекции по указанным осям. Причем для компенсации возмущающих моментов относительно третьей оси связанного базиса прикладывают управляющие моменты от расположенных в тех же плоскостях РД, проекции векторов моментов которых на указанные первую и вторую оси связанного базиса и проекции их сил тяг на эти оси взаимно компенсируются. Этот способ управления позволяет уменьшить число РД и затраты топлива на коррекцию орбиты КА, но не решают важный вопрос получения максимальной скорости коррекции. Кроме того, в предлагаемом способе управление ориентацией КА в процессе коррекции орбиты с помощью РД отличается невысокой точностью, а это существенно, например, для спутников связи, точность ориентации которых должна быть не хуже 12". Наиболее близкий из аналогов способ управления КА с помощью реактивных исполнительных органов (см. [2]), используемый в качестве прототипа, включает определение требуемого значения скорости коррекции орбиты космического аппарата, определение интервала времени проведения коррекции (t0, tk), поддержание заданной ориентации космического аппарата с помощью силовых гироскопов (СГ) в процессе коррекции орбиты двигателями ориентации, измерение при этом значений вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов и вектора угловой скорости космического аппарата, определение по измеренным значениям вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов, вектора угловой скорости космического аппарата и известным значениям моментов инерции космического аппарата значений суммарного вектора кинетического момента космического аппарата![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-9t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-10t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-11t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-12t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-13t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-14t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-15t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-16t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-17t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-18t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-19t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-20t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-21t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-22t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-23t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-24t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-25t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-26t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-27t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-28t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-29t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-30t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-31t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197007/8776.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-32t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-33t.gif)
где
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-34t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-35t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-36t.gif)
где vkp - скорость спутника на ГСО. При коррекции истинного вектора наклонения оптимальный интервал между коррекциями 3-5 суток, при коррекции векового смещения - 1-3 суток. Увеличение интервала коррекции нежелательно, т.к. это приведет к существенному увеличению баллистических потерь вследствие большой длительности активных участков. Коррекция эксцентриситета и периода обращения обеспечивается трансверсальными импульсами. Рабочий интервал долгот
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197016/948.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
где
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197244/176.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197016/948.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197007/8776.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197244/176.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197007/8776.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197010/8226.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/950.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197037/955.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197007/969.gif)
где
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197007/969.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-37t.gif)
Курс тяги определяется из условия:
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197322/968.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/950.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197322/968.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/950.gif)
Для удержания эксцентриситета в принятых границах проводится двухимпульсная коррекция, параметры которой следующие:
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-38t.gif)
При планировании коррекцию наклонения орбиты необходимо разносить по времени с коррекцией эксцентриситета. Для уменьшения баллистических потерь коррекции в рабочей точке нужно проводить с минимальной периодичностью (1-2 дня). Обозначим через i=1, 2, 3 номера осей связанного базиса. Пусть проекции векторов управляющих сил (Рi) и моментов (Мi) на эти оси от каждого блока двигателей имеют вид:
- для блока 1 - (0, Р2, Р3), (-M1, -M2, М3);
- для блока 2 - (0, P2, Р3), (-M1, M2, -М3);
- для блока 3 - (0, -Р2, Р3), (M1, -M2, -М3);
- для блока 4 - (0, -Р2, Р3), (M1, M2, М3);
- для блока 5 - (0, -P2, -Р3), (-M1, M2, -М3);
- для блока 6 - (0, -Р2, -Р3), (-M1, -M2, М3);
- для блока 7 - (0, P2, -Р3), (M1, M2, М3);
- для блока 8 - (0, P2, -Р3), (M1, -M2, -М3). Предположим, что коррекцию орбиты нужно проводить в направлении оси -Y связанного базиса (ССК). Для этой цели можно использовать блоки двигателей 3, 4, 5, 6 (см. фиг.1), создающие тягу в заданном направлении. Оптимальный вариант - использовать все перечисленные ранее блоки двигателей, создающих тягу в заданном направлении. В этом случае создается максимальная тяга по оси -Y, а возмущения от работы этих двигателей, вызванные смещением векторов тяг относительно центра масс КА, взаимно компенсируются. В случае, когда использование всех перечисленных двигателей невозможно, можно использовать, например, блоки РД 3, 4, 5, или 4, 5, 6, или 3, 5, 6. Но в этом случае возникнут нескомпенсированные возмущающие моменты по всем осям. Более предпочтительно использовать в таком случае пару блоков РД. Анализируя представленные проекции векторов тяг и моментов на оси связанного базиса можно сделать вывод, что для коррекции орбиты по соответствующим направлениям 2-й и 3-й осей ССК достаточно использовать, например, пару блоков РД, которая создает тягу в требуемом направлении и взаимно компенсирует тягу в другом направлении. В случае указанного выше размещения блоков РД это следующие пары блоков РД:
1) для коррекции в направлении оси Y: 1-й и 8-й; 2-й и 7-й;
2) для коррекции в направлении оси -Y: 3-й и 6-й; 4-й и 5-й;
3) для коррекции в направлении оси Z: 1-й и 4-й; 2-й и 3-й;
4) для коррекции в направлении оси -Z: 5-й и 8-й; 6-й и 7-й. Нужно отметить, что при таком выборе блоков РД в каждом из перечисленных ранее случаев возникает нескомпенсированный момент, наличие которого приводит к накоплению кинетического момента системой СГ, поддерживающей требуемую ориентацию КА. Так, например, при коррекции орбиты в направлении оси -Y с использованием 3-го и 6-го блоков РД сила от их работы будет равна
РY=-2Р2 (8),
моменты от работы этих блоков РД по осям Х и Z взаимно компенсируются, а момент по оси Y равен
МY=-2М2 (9)
Возникает задача компенсации этого момента, т. к. его наличие может привести к насыщению СГ и, как следствие, необходимости включения других блоков РД для ее разгрузки. Сделать это можно следующим образом. Планируя проведение коррекции, можно смоделировать на заданном временном интервале суммарный момент, воздействующий на КА, и, учитывая динамику его изменения, выбирать ту пару блоков РД, которая будет создавать момент по соответствующей оси ССК, имеющий противоположное направление по сравнению с моментом от пары блоков РД, и соответственно частично компенсировать его. Частично потому, что момент от работающих блоков РД будет значительно больше, чем момент от внешних сил, действующих на КА (гравитационный, аэродинамический, силы светового давления, магнитный и т.д.). Тем не менее скорость накопления кинетического момента СГ будет ниже, и это позволит при двухимпульсной коррекции через полвитка, например, выбрав блоки РД, создающие возмущающий момент в потивоположном направлении, изменить направление накопления кинетического момента СГ на противоположное. В рассматриваемом примере это блоки РД 4 и 5, создающие ту же тягу по оси Y, что и предыдущая пара блоков
РY=-2Р2 (10),
но момент от работы этих блоков РД по оси Y будет равен
МY=2М2 (11). На фиг.3 представлен график накопления кинетического момента в процессе полета геостационарного спутника связи, полученный в результате интегрирования следующих уравнений движения геостационарного спутника связи.
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-39t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-40t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-41t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-42t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-43t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-44t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-45t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-46t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-47t.gif)
Здесь
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-48t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-49t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-50t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-51t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-52t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-53t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-54t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197036/956.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197010/8226.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197036/956.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197010/8226.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197036/956.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197010/8226.gif)
- гравитационные параметры Земли, Луны и Солнца;
RE, RS, RM - радиус-векторы Земли, Луны и Солнца;
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-55t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-56t.gif)
S - площадь поперечного сечения КА;
Е0 - мощность потока солнечного излучения;
с - скорость света;
r* - средний радиус орбиты Земли;
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
k - коэффициент отражения света поверхностью КА;
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-57t.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-58t.gif)
нужно использовать для коррекции в направлении оси -Y ту пару блоков РД, которая приводит к возникновению момента по +Y, т.е. пару блоков РД 4 и 5, а находясь на восходящей ветви графика, соответственно пару 3 и 6. Но, учитывая, что возмущающий момент от блоков РД существенно больше, чем возмущающий момент от внешних сил, нельзя не учитывать исходное значение кинетического момента КА, т.к. это может привести к быстрому накоплению кинетического момента и, как следствие, к необходимости его разгрузки. Например, пусть необходимо провести коррекцию орбиты КА в направлении оси -Y начиная с момента время t0=18 ч. Пусть для проведения коррекции орбиты КА необходимо сообщить ему один импульс РД длительностью в
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-59t.gif)
и имеет приращение
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
РY=-2Р2=0.053 Н (10/),
а нескомпенсированный момент по оси Y согласно (11)
МY=2М2=0,00474 (11/). Приращение кинетического момента КА, вызванное влиянием внешних возмущающих факторов (гравитационным моментом, магнитным и т.д.) за это время согласно фиг.3 составит
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-60t.gif)
а приращение кинетического момента КА, вызванное работой РД
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197001/916.gif)
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-61t.gif)
Т. о., к концу процесса коррекции орбиты кинетический момент КА составит величину, равную
![способ управления космическим аппаратом с помощью силовых гироскопов и реактивных двигателей, расположенных под углом к осям связанного базиса, патент № 2197412](/images/patents/273/2197412/2197412-62t.gif)
Кроме того, из анализа графиков на фиг.3 и направления действия тяг блоков РД видно, что в процессе коррекции орбиты данными блоками РД выхода суммарного вектора кинетического момента за пределы допустимой области не произойдет. В случае, когда суммарный вектор кинетического момента КА не выходит за пределы области допустимых значений, проведение одноимпульсной коррекции орбиты КА оправдано, т.к. выполняется условие движения вектора кинетического момента КА во время проведения коррекции в области допустимых значений. Если же суммарный вектор кинетического момента КА выходит за пределы области допустимых значений, то коррекция проводится до момента времени tsn после чего прекращается и выполняется выбор новых РД. Можно, например, сообщить КА следующий импульс, для работы на следующем интервале коррекции пару двигателей, создающих возмущающий момент, вектор которого противоположен вектору возмущающего момента, создаваемому работой РД на предыдущем интервале коррекции. В нашем случае это блоки двигателей 3 и 6. Начало второго интервала коррекции орбиты нужно проводить через полвитка после первого интервала. Т. о., при двухимпульсной коррекции орбиты можно нивелировать влияние на гиросистему, вызванное работой РД. Предлагаемый способ коррекции орбиты КА хотя может увеличить время коррекции по сравнению с прототипом, но позволит увеличить срок эксплуатации КА за счет уменьшения расхода рабочего тела на проведение коррекции, или, имея тот же срок эксплуатации, увеличить массу полезной нагрузки, используя тот же ракетоноситель для выведения КА на орбиту (т.к. увеличение полезной нагрузки КА компенсируется уменьшением количества рабочего тела, необходимого для удержания КА на орбите). Источники информации. 1. "Способ управления космическим аппаратом, снабженным реактивными двигателями с направленными под углом к осям связанного базиса и смещенными относительно центра масс аппарата линиями действия тяг, система для реализации способа, блок реактивных двигателей системы." Патент RU 2124461 С1. 2. "Способ управления космическим аппаратом с помощью реактивных исполнительных органов и система для его реализации." Патент RU 2112716 С1. 3. А.В.Соколов и Ю.П.Улыбышев "Многовитковые маневры с малой тягой в окрестности геостационарной орбиты". Известия Академии наук. Теория и системы управления. 1999 г., 2, стр. 95-100. 4. Г. М. Чернявский, В.А.Бартенев, В.А.Малышев "Управление орбитой стационарного спутника". Машиностроение, 1984 г.
Класс B64G1/28 с использованием инерционного или гироскопического эффекта
Класс B64G1/26 с использованием реактивной силы