Тема: Исследование алгоритмов управления космическим аппаратом на участке сближения с астероидом

Актуальность работы. На сегодняшний день, когда многие страны принимают участие в гонке вооружений и стремятся к военному и техническому превосходству, задача сближения с космическими телами является одной из самых актуальных в мире. Причин такого интереса к астероидам множество, начиная от научного интереса (добыча полезных ископаемых, исследование космических тел), заканчивая возможностью использовать космические теля для военного превосходства. Также не на последнем месте стоит задача обороны Земли от возможных столкновений с другими космическими телами (кометы, астероиды). Земля движется в огромном космическом пространстве, полном астероидов, комет и другого «космического мусора», дрейфующего рядом с её орбитой. Столкновение с этими объектами может привести к гибели человечества. Судя по частоте столкновений с внеземными телами в прошлом, существует небольшая вероятность, что в ближайшие несколько десятков лет столкновение с астероидом станет причиной гибели большей части человечества, либо его полного вымирания. Так как столкновения Земли с другими космическими телами уже происходили в прошлом, то вероятность столкновения в ближайшие миллионы лет возрастает почти до 100%.
Основной целью полетов к астероидам является добыча полезных ископаемых из них, а также изменение траектории, либо уничтожение космические тела в том случае, если траектория полета астероида будет каким-либо образом угрожать обитателям Земли. Посадка на астероид — задача достаточно сложная с точки зрения управления. Связано это с тем, что астероид движется в космическом пространстве с достаточно большой скоростью и при этом вращается относительно своего центра масс. Из-за этого возникают трудности с выбором места посадки. К тому же, астероиды, как правило, имеют не геометрическую форму, а отличаются неправильной формой. Связано это с тем, что сила тяжести на астероидах настолько слаба, что она не может сжать астероид в шар. При посадке космического аппарата это создает достаточно много проблем, если цель полета связана с приземлением на астероид. Американцы в своих исследованиях пришли к выводу, что проще не садиться на астероид, а, с помощью специальной амортизирующей системы, «ударяться» об него, собирая в момент «удара», например частицы грунта, и, после нескольких таких ударов, возвращать КА на Землю. На этапе причаливания, необходимо выбрать, где лучше состыковаться с астероидом, для выполнения тех или иных задач, и направить космический аппарат так, чтобы он с максимальной точностью и за максимально малое время достиг необходимого нам участка.

Купить

В работе представлены различные виды БКСУ, их состав и области применения. Проведенный анализ показал, что большинство требований к БКСУ не зависит от назначения КА. Основными из них являются отказоустойчивость, стойкость к внешним воздействующим факторам и радиационная устойчивость. Важную роль играет точность. Также необходимыми являются системы контроля давления и температуры на борту космического аппарата, в том случае, если он является пилотируемым. Если аппарат непилотируемый, тогда в состав его БКУ должны входить все необходимые системы для дистанционного контроля.
Разработан алгоритм управления сближением КА с ОО на участке ближнего наведения. Основу алгоритма составляет метод параллельного сближения, который заключается в том, что движение КА осуществляется по линии визирования. В ходе анализа и исследования алгоритма мы выяснили, что траекторией полета космического аппарата, при использовании этого метода, будет являться прямая линия, что справедливо в том случае, если цель (астероид) в ходе сближения не осуществляет никаких маневров. Был произведен расчет минимального времени сближения данным методом и расстояние, с которого нам следует осуществлять сближение. Время t0 = 7124 с. ,R0 = 116 км.
Построены графики изменения скорости и расстояния между объектами на протяжении всего сближения. По графикам видно, что законы изменения скорости и расстояния между объектами имеют линейный характер. Скорость сближения линейно изменяется от начального значения до 0, что подтвердилось результатами моделирования. Это говорит о том, что у нас происходит именно мягкое сближение с астероидом, а не удар о его поверхность.
В процессе исследования также возникла проблема с подбором коэффициента управления А. Дело в том, что увеличение его значения способствует сокращению времени сближения, но при его больших значениях, система становится неустойчивой, а соответственно неработоспособной. Было подобрано оптимальное значение, которое обеспечивало бы и устойчивость системы и минимизацию времени сближения. Было принято А=3.

Купить