Способ управления угловым движением связки космических объектов

Способ управления угловым движением связки космических объектов

Реферат

 

Использование: в космической технике, при управлении ориентаций и стабилизацией систем космических объектов, образующих на орбитах вокруг планеты крупногаборитные сооружения в виде комбинаций связок космических объектов, попарно охваченных плоскими динамическими контурами гибкой связи. Сущность изобретения: два космических объекта (КО) 1,2 соединяют гибкой связью (ГС) 4 в форме замкнутого контура и сообщают ГС движение вдоль контура, изменяя скорость протяжки относительно КО 1,2 для обеспечения режима коррекция заданного углового движения (положения) связки КО, сохраняя при этом неизменными длину контура ГС 4 между КО 1,2, его симметрию и форму, близкую к круговой, и достигая возможности управления как в случае размещения связки КО 1,2 (контура ГС) в плоскости орбиты 3, так и вне ее. Изменение скорости протяжки осуществляют, сообщая ГС 4 одинаковые по величине ускорения движения относительно каждого из КО 1,2 в направлениях вдоль контура. При этом ускорение образует пару, вектор которой ориентирован противоположно заданному вектору коррекции углового движения связки, а величину ускорений изменяют по закону временной экспоненты. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к управлению ориентацией и стабилизацией систем космических объектов (КО), образующих на орбитах вокруг планеты крупногабаритные сооружения в виде комбинаций связок КО, попарно охваченных плоскими динамическими контурами гибкой связи (ГС).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ управления угловым движением связки КО, включающий соединение двух КО ГС в форме замкнутого контура, сообщение ГС движения вдоль контура и изменение скорости протяжки ГС относительно КО.

Известный способ позволяет принципиально изменять угловое положение в пространстве линии взаимного визирования связанных КО, однако в нем не указаны конкретные режимы изменения скорости протяжки ГС относительно КО, которые давали бы эффективное управление ориентацией линии визирования, в частности, при стабилизации заданного ее положения в плоскости местного горизонта на орбите центра масс связки.

Технической задачей изобретения является достижение следующего результата: обеспечения простого и эффективного режима коррекции заданного углового движения (положения) связки КО; сохранения при этом неизменной длины контура ГС между КО, его симметрии и формы, близкой к круговой (что особенно важно в случае использования ГС в качестве антенны); достижения возможности управления как в случае размещения связки КО (контура ГС) в плоcкости орбиты, так и вне ее.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в известном способе управления угловым движением связки КО, включающем соединение двух КО ГС в форме замкнутого контура, сообщение ГС движения вдоль контура и изменение скорости протяжки ГС относительно КО, изменение скорости протяжки осуществляют сообщая ГС вдоль контура одинаковые по величине ускорения движения относительно каждого из КО, при этом вектор образуемой пары ускорений ориентирован противоположно заданному вектору коррекции углового движения связки.

В преимущественном варианте реализации способа величину ускорений изменяют по закону временной экспоненты.

Что касается временной экспоненты, то такой закон известен для незамкнутых контуров ГС, которые не отвечают поставленной в изобретении задаче; для замкнутых контуров ГС экспоненциальный закон сохраняет свои динамические преимущества, но не связан с недостатками, характерными для разомкнутых контуров ГС.

На фиг.1 показана расположенная в плоскости орбиты связка КО в отсутствии коррекции углового движения; на фиг.2 связка КО, развернутая вдоль бинормального направления; на фиг.3 схема коррекции углового движения связки КО при возмущении одного направления; на фиг.4 то же, при возмущении противоположного направления; на фиг.5 конструктивно-функциональная схема для реализации данного способа.

КО 1 и 2, выводимые на орбиту 3, соединены замкнутым контуром 4 ГС, который сообщается скороcтью v_o контурного движения (фиг.1).

При размещении КО 1 и 2 вдоль бинормали 5 к плоскости орбиты 3 (фиг.2) они могут быть соединены двумя (или более) контурами 6 и 7 ГС, сохраняющими неизменную ориентацию в инерциальном пространстве. На борту КО 1, 2 установлены устройства 8, 9 протяжки ГС с приводами 10, 11 и направляющими элементами 12, 13 (фиг.5). С приводами связаны посредством управляющих каналов процессорные блоки 14, 15, подключенные посредством цепей 16, 17 к бортовым служебным системам КО и связанные с навигационной системой 18 (внешней или автономной). Блоки 14, 15 объединены (синхронизированы) посредством информационных (радио-, лазерных и т.д.) элементов 19, 20. В случае связки КО (фиг.2) приводы и некоторые из вышеуказанных элементов дублируются так, чтобы обеспечить, например, независимое управление каждым из контуров 6, 7.

Способ реализуется следующим образом.

КО 1 и 2 выводятся на орбиту 3 в компактном виде, причем ГС хранится в специальной бухте (не показана). После разведения КО на небольшое расстояние (10-20 м), между ними начинает формироваться контур ГС, который затем увеличивается по мере расхождения КО и выбирания ГС из бухты. В рабочем состоянии (длина связки l 10²-10³ м) ГС протягивается со скоростью v_o 5-20 м/с, что обеспечивает форму контура, близкую к круговой (на околоземных орбитах).

При возмущении углового движения связки: отклонении ее от горизонтали (или бинормали фиг.2), возникновении угловой скорости этого отклонения и т. д. соответствующие параметры фиксируются навигационной системой 19, а процессоры 14, 15 вырабатывают установки на коррекцию этого возмущения, т.е. вектор коррекции (парирующий момент фиг.3, 4), и формируют команды на приводы протяжки 10, 11. В случае фиг.2 определяются два (или более) вектора коррекции для каждого из контуров 6, 7, Приводы 10, 11, синхронизированные через элементы 19, 20, начинают протягивать ГС ускоренно (в случае ситуации на фиг.3) или замедленно (фиг.4), при этом ГС либо ускоряет свое контурное движение (>0), либо тормозится (<0). Закон изменения скорости (ускорения) ГС задается в виде v(t) v_oexp( t/p); ((t)) (v_o/p)exp( t/p) где орбитальная угловая скорость связки КО; р безразмерный параметр; t время.

При р 7-10, как можно показать, контур ГС деформируется слабо, а действующие на КО ускорения _i i 1, 2 где m_т масса контура ГС; m_i масса i-го КО.

Величина ускорения (2), как показывают оценки, вполне достаточна для компенсации типичных возмущений углового движения орбитальной связки КО.

Ускорения направлены противоположно соответствующим ускорениям ГС ( а ) на фиг.3, 4 и при условии малости возмущений и соответственно деформаций контура ГС перпендикулярны невозмущенной линии взаимного визирования КО 1 и 2.

Очевидно, что вектор пары ускорений противоположен вектору коррекции углового движения связки (перпендикулярному плоскости контура ГС).

Благодаря равенству величин ускорений протяжки полуконтуры ГС оказываются симметричными друг другу относительно центра окружности невозмущенного контура, а весь деформированный контур близок к наклоненному эллипсу с небольшим эксцентриситетом.

Таким образом, стабилизацию связки КО можно осуществлять технически несложно и при сохранении формы и размеров контура ГС близкими к исходным. Подобное управление угловым движением связанных КО неосуществимо для традиционных тросовых систем, где ГС неподвижна относительно КО.

Формула изобретения

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ СВЯЗКИ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, включающий соединение двух космических объектов гибкой связью в форме замкнутого контура, сообщение гибкой связи движения вдоль контура и изменение скорости протяжки гибкой связи относительно космических объектов, отличающийся тем, что изменение скорости протяжки осуществляют, сообщая гибкой связи вдоль контура одинаковые по величине ускорения движения относительно каждого из космических объектов, при этом вектор образуемой пары ускорений ориентирован противоположно заданному вектору коррекции углового движения связки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину ускорений изменяют по закону временной экспоненты.

РИСУНКИ

Рисунок 1