|
Globo Clicks - партнерские программы
|
|
Спуск и посадка космических аппаратов |
|
РЕФЕРАТ
СПУСК И ПОСАДКА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (КА)
НА ПЛАНЕТЫ БЕЗ АТМОСФЕРЫ
Изучение Солнечной системы с помощью космических аппаратов вносит большой вклад в развитие естественных наук.
Большое внимание к Солнцу определяется вечно живущим в человеке желанием понять, как устроен мир, в котором он жи-вет. Но если раньше человек мог только наблюдать движение небесных тел и изучать на расстоянии некоторые (зачастую малопонятные) их свойства, то сейчас научно-техническая ре-волюция дала возможность достичь ряда небесных тел Солнеч-ной Системы и провести наблюдения и даже активные экспери-менты с близкого расстояния в их атмосферах и на поверхнос-тях. Эта возможность детального изучения "на месте" изменя-ет саму методологию изучения небесных тел, которая уже сей-час широко использует арсенал средств и подходов, применяе-мых в комплексе наук о Земле. На стыке планетной астрофизи-ки и геологии идет формирование новой ветви научного знания - сравнительной планетологии. Параллельно на базе законов электродинамики, атомной физики и физики плазмы идет форми-рование другого подхода к изучению Солнечной системы - кос-мической физики. Все это требует развития методов и средств космических исследований, т.е. разработки, проектирования, изготовления и запуска космических аппаратов.
Главное требование, предъявляемое к КА,- это его на-
· 2 -
дежность. Основными задачами спускаемых и посадочных (ПА) аппаратов являются торможение и сближение с поверхностью планеты, посадка, работа на поверхности, иногда взлет с по-верхности для доставки возвращаемого аппарата на землю. Для обеспечения надежного решения всех этих задач при проекти-ровании СА и ПА необходимо учитывать условия в окрестностях и на поверхности изучаемого тела: ускорение свободного па-дения, наличие или отсутствие атмосферы, а также ее свойс-тва, характеристики рельефа и материала поверхности и т.д. Все эти параметры предъявляют определенные требования к конструкции спускаемого аппарата.
Спуск является очень важным этапом космического полета, так как только успешное его выполнение позволит решить пос-тавленные задачи. При разработке СА и ПА принимаются две принципиально различные схемы спуска:
с использованием аэродинамического торможения (для планет, имеющих атмосферу);
с использованием тормозного ракетного двигателя (для планет и других небесных тел, не имеющих атмосферы).
Участок прохождения плотных слоев атмосферы является решающим, так как именно здесь СА испытывают наиболее ин-тенсивные воздействия, определяющие основные технические решения и основные требования к выбору всей схемы полета.
Отметим наиболее трудоемкие и сложные задачи , решае-
· 3 -
мые при проектировании СА:
исследование проблем баллистического и планирующего спусков в атмосфере;
исследование динамики и устойчивости движения при раз-личных режимах полета с учетом нелинейности аэродинамичес-ких характеристик ;
разработка систем торможения с учетом задач научных измерений в определенных слоях атмосферы, особенностей ком-поновки спускаемого аппарата, его параметров движения и траектории.
Что касается спуска на планеты, лишенные атмосферы (классическим примером здесь является Луна), то в этом слу-чае единственной возможностью является использование тор-мозного двигателя, чаще всего жидкостного (ЖРД). Эта осо-бенность порождает дополнительные (кроме чисто баллистичес-ких) проблемы, связанные с управлением и стабилизацией СА на так называемых активных участках - участках работы ра-кетного
двигателя.
Рассмотрим более подробно некоторые из этих проблем. Корни проблемы устойчивости СА на активном участке лежат в существовании обратной связи между колебаниями топлива в баках, корпуса СА и колебаниями исполнительных органов системы стабилизации.
Колебания свободной поверхности топлива, воздействуя
· 4 -
на корпус СА, вызывают его поворот относительно центра масс, что воспринимается чувствительным элементом системы стабилизации, который, в свою очередь, вырабатывает команд-ный сигнал для исполнительных органов.
Задача заключается в том, чтобы колебания замкнутой системы объект - система стабилизации сделать устойчивыми (если нельзя их исключить вовсе). Заметим, что острота этой проблемы зависит от совершенства компоновочной схемы СА, а также от структуры и параметров автомата стабилизации (АС).
Желательно, конечно, этот комплекс вопросов решить уже на стадии эскизного проектирования СА. Трудность здесь, од-нако, в том, что на этом этапе практически нет информации о системе стабилизации объекта, в лучшем случае известна структура автомата стабилизации. Поэтому проводить анализ устойчивости СА на данном этапе невозможно.
В то же время ясно, что полностью сформированный конс-
труктивный облик СА целиком (или, во всяком случае, в зна-
чительной мере) определяет его динамику - реакцию на возму-
щение в процессе посадки. Следовательно, задача теоретичес-
кого анализа заключается в выборе математического аппарата,
способного выявить эту зависимость на языке, понятном раз-
работчику. Такой аппарат существует, и он опирается на из-
вестные термины "управляемость", "наблюдаемость", "стабили-
зируемость", характеризующие именно свойства СА как объекта
· 5 -
управления в процессе регулирования.
Этот аппарат дает возможность детально изучить зависи-мость "качества" конструктивно-компоновочной схемы СА от его проектных параметров и в конечном счете дать необходи-мые рекомендации по доработке компоновки объекта либо обос-новать направление дальнейших доработок.
Обычно для стабилизации СА кроме изменения компоновки объекта используют также демпферы колебаний топлива, наст-ройку системы стабилизации и изменение ее структуры.
Итак, применительно к рассматриваемой задаче на этапе эскизного проектирования инженеру приходится решать целый комплекс задач по качественному анализу проблемы устойчи-вости в условиях относительной неопределенности в отношении целого ряда параметров. Поскольку рекомендации разработчика должны быть вполне определенными,то единственный выход - работать с математической моделью СА в режиме диалога "ин-женер - ЭВМ".
Рассмотрим другой круг задач проектирования - моделиро-вание процессов ударного взаимодействия посадочного аппара-та с поверхностью планеты.
Многие достижения отечественной и зарубежной космонав-
тики были связаны с применением посадочных аппаратов (ПА)
для непосредственного, контактного, исследования Луны и
планет Солнечной системы. Использование ПА потребовало раз-
· 6 -
работки новых теоретических и экспериментальных методов исследований, так как этап посадки, характеризуемый значи-тельными (по сравнению с другими этапами) действующими наг-рузками, аппаратурными перегрузками и возможностью опроки-дывания аппарата,является критическим для всей экспедиции. такие характеристики процесса посадки объясняются большой энергией, накопленной ПА к моменту посадки, и совокупностью многих неблагоприятных случайных действующих факторов: рельефом и физико-механическими характеристиками места по-садки, начальными
1 2 3 4
|
|
|
|
 |
На сайте: |
, ,
|
