Оптимизация экспедиции к Фобосу с комбинированной тягой с возвращением к Земле
Опубликовано: 19.05.2017
Авторы: Григорьев И.С., Заплетин М.П., Самохин А.С., Самохина М.А.
Опубликовано в выпуске: #7(67)/2017
DOI: 10.18698/2308-6033-2017-7-1639
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Исследован актуальный вопрос разработки методики оптимизации межпланетных траекторий космических аппаратов с проведением сквозной оптимизации всей миссии. Рассмотрена задача оптимизации экспедиции пространственного перелета космического аппарата, оснащенного двигателями большой и малой тяги, к Фобосу с возвращением к Земле с учетом эфемерид, приуроченная к реальной миссии, которую планируется осуществить в недалеком будущем. Представлена методика построения экстремалей Понтрягина с учетом притяжения планет на планетоцентрических участках траектории. Задача космодинамики формализована как задача оптимального управления и решена численно методом стрельбы. Построены конкретные траектории, оценен возможный выигрыш при использовании комбинированной тяги, а не только двигателей большой тяги.
Литература
[1] Энеев Т.М. Актуальные задачи исследования дальнего космоса. Космические исследования, 2005, т. 43, № 6, с. 403-407.
[2] Фобос-Грунт. Проект космической экспедиции. В 2 т. Т. 1, 2. Москва, ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина", 2011, 519 с.
[3] Авдуевский В.С., Аким Э.Л., Кремнев Р.С., Куликов С.Д. Космический проект "Фобос-Грунт": основные характеристики и стратегия развития. Космонавтика и ракетостроение, 2000, т. 19, с. 8-21.
[4] Аким Э.Л., Заславский Г.С., Морской И.М., Рузский Е.Г. Доставка на Землю реликтового вещества с Фобоса - проект "Фобос-Грунт": баллистика, навигация и управление полетом. Астрономический вестник, 2010, т. 44, № 1, с. 29-40.
[5] Маров М.Я. Космический проект "Фобос-Грунт": новый этап российской планетной программы. Астрономический вестник, 2010, т. 44, № 1, с. 3-6.
[6] Галимов Э.М. Научное обоснование проекта доставки грунта с Фобоса. Астрономический вестник, 2010, т. 44, № 1, с. 7-16.
[7] Симонов А.В., Морской И.М., Степаньянц В.А., Тучин А.Г. Баллистическая схема полета КА "Фобос-Грунт". Вестник ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина, 2011, № 3, с. 66-73.
[8] Edelbaum T.N. The Use of High- and Low-Thrust Propulsion in Combination for Space Missions. Journal of the Astronautical Sciences, 1962, vol. 9, no. 2, pp. 49-69.
[9] Иванов Ю.Н. Оптимальное сочетание двигательных систем. Изв. АН СССР. Механика и машиностроение, 1964, № 2, с. 3-14.
[10] Григорьев И.С. Оптимизация траекторий межпланетных перелетов космического аппарата, управляемого посредством двигателей большой и малой тяги. Фундаментальные и прикладные проблемы космонавтики, 2000, № 3, с. 11-18.
[11] Федотов Г.Г. Об использовании возможностей комбинации большой и малой тяги при полетах к Марсу. Космические исследования, 2001, т. 39, № 6, с. 613-621.
[12] Bolle A., Circi C., Corrao G. Optimal Mars transfers for small payload transportation. Celest. Mech. Dyn. Astron. 106 (2006), pp. 183-196. DOI: 10.1007/s10569-009-9250-1 (дата обращения 30.12.2016).
[13] Ахметшин Р.З., Белоглазов С.С., Белоусова Н.С., Глазков А.И. Оптимизация перелетов к астероидам и кометам КА с комбинированием двигателей большой и малой тяги. Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша, 1985. № 144.
[14] An Observation Geometry System for Space Science Missions. Navigation and Ancillary Information Facility of JPL of NASA. NASA, 2017, 13 Apr. URL: http://naif.jpl.nasa.gov/naif (дата обращения 30.04.2017).
[15] Федеральное государственное унитарное предприятие "Опытное Конструкторское Бюро "Факел"". Характеристики стационарных плазменных двигателей. URL: http://www.fakel-russia.com/ (дата обращения 30.12.2016).
[16] Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. Москва, Изд-во БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008, 636 с.
[17] Григорьев И.С., Григорьев К.Г. Об условиях принципа максимума в задачах оптимального управления совокупностью динамических систем и их применении к решению задач оптимального управления движением космических аппаратов. Космические исследования, 2003, т. 41, № 3, с. 307-331.
[18] Григорьев И.С. Методическое пособие по численным методам решения краевых задач принципа максимума в задачах оптимального управления. Москва, Изд-во Центра прикладных исследований при механико-математическом факультете МГУ, 2005, 159 с.
[19] Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику. Москва, Изд-во Моск. физ.-техн. ин-та, 1994, 526 с.
[20] Исаев В.К., Сонин В.В. Об одной модификации метода Ньютона численного решения краевых задач. Журнал вычисл. матем. и матем. физ., 1963, т. 3, № 6, с. 1114-1116.
[21] Хайрер Э., Нёрсетт С.П., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Москва, Мир, 1989, 512 с.
[22] Богачёв К.Ю. Практикум на ЭВМ. Методы решения линейных систем и нахождения собственных значений. Москва, Изд-во механико-математического факультета МГУ, 1999, 137 с.
[23] Суханов А.А. Астродинамика. Сер. Механика, управление, информатика. Москва, Ротапринт ИКИ РАН, 2000, 202 с.
[24] Самохин А.С. Оптимизация экспедиции КА к Фобосу при управлении импульсными воздействиями с использованием решения задач Ламберта и учетом притяжения Земли и Марса. Вестник Московского университета. Сер. 1. Математика. Механика, 2014, № 2, с. 62-66.
[25] Григорьев И.С., Григорьев К.Г. Об использовании решений задач оптимизации траекторий КА импульсной постановки при решении задач оптимального управления траекториями КА с реактивным двигателем ограниченной тяги. II. Космические исследования, 2007, т. 45, № 6, с. 1-11.