Разработка методов наведения повышенной точности для спускаемого аппарата с малым аэродинамическим качеством тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.09, кандидат технических наук Ян Кайчжун

• Ян Кайчжун
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ян Кайчжун

Введение

Глава 1. Сравнительный анализ алгоритмов управления движением космического аппарата в атмосфере Земли

1.1. ПроЬлемы входа в атмосферу и управления спуском С А

1.2. Анализ способов управления траекторией движения С А

1.3. Анализ систем управления спуском и алгоритмов управление

1.4. Выводы к главе I

I лава2. Математические модели движения СА в атмосфере Земли, используемые для построения управления спуском

2.1. Уравнения движения СА

2.2. Модель плотности атмосферы Земли

2.3. Аэродинамические характеристики С А и формирование управляющих сил

2.4. выводы к главе

1 лава 3. Выбор номинальной траектории и программы управления

3.1. Оптимизация траектории спуска и формирование программы управления

3.2. Определение области возможного маневра

3.3. Номинальная программа управления с наибольшим запасом управления

3.4. Выводы к главе

1 лава 4.1 юстроение алгоритма автономного управления и анализ

4.1. сформирование алгоритма управления с использованием метода модулирующих функций

4.2. Моделирование алгоритма управления

4.3. Парирование начального промаха точки входа в атмосферу

4.4. Анализ влияния вариаций плотности атмосферы

4.5. Анализ влияния отклонений аэродинамических параметров

4.6. Анализ влияния погрешности автономной навигации

4.7. Выводы к главе

1 лава 5. Метод неавтономного управления посадкой СА

5.1. 11 олуавтономный метод управления

5.2. уточнение значений параметров дижения

5.3. Моделирование процесса управления и анализ результатов

5.4. Оценка точности посадки С А

5.5. Выводы к главе 5 Заключение

1 Гриложение Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов наведения повышенной точности для спускаемого аппарата с малым аэродинамическим качеством»

Снижение и насадка космического корабля (КК) в заданном районе поверхности земли являются ответственным этапом космического полета, так как он определяет успех всей космической экспедиции в целом. Значимость этого этапа возрастает, если на борту К К находятся космонавты.

Этап снижения и посадки К К будем в дальнейшем называть спуском, а сам КК — спускаемым аппаратом (СА). Целью управления спуском в атмосфере является приведение космического корабля с требуемой точностью в заданный район посадки при одновременном удовлетворении ограничений, обеспечивающих безопасный и комфортабельный спуск. Можно привести примеры успешного решения задачи спуска с орбиты ИСЗ (космические корабли "восток", "Союз", "Меркурий", "Джемини") и входа в атмосферу Земли с параболической скоростью (космические корабли "Зонд" и "Аполлон").

До настоящего времени опубликовано большое количество работ, посвященных исследованию и построению алгоритмов и систем управления спуском для различных С А. Но в большинстве этих работ, особенно для С А с малым а э р о д и н а м и ч е с к о м качеством, алгоритмы и методы управления в целом сформированы на основе приближенных аналитических решений уравнений движения и ряда допущений относительно окружающей среды полета С А, что вполне обосновано для периода отсутствия мощных бортовых в ы ч и с л и т ел ь н ы х машин[55]. Такой подход неизбежно снижает эффективность и работоспособность систем управления и проводит к увеличению рассеивания точки посадки от заданной. Теперь, как нам представляется, по мере ввода в эксплуатацию более совершенных ЭВМ, обладающих все возрастающими возможностями в отношении быстродействия и объема памяти, в инженерной практике все сильнее проявляется тенденция к решению любых задач путем численного расчета траекторий непосредственно в полете. Это приводит к тому, что постепенно предаются забвению хорошо разработанные, весьма экономные методы исследования и расчета, без которых нельзя было обойтись раньше и которые могут значительно ускорить расчеты сегодня, будучи "переложенными на плечи" современных ЭВМ. Речь идет о приближенных методах расчета траекторий при решении краевых задач, о методах расчета возмущенного движения с помощью линеаризации уравнений движения, об использовании ряда свойств орбитального движения при планировании полета и решении некоторых других часто встречающихся задач[3]. Однако, при включении современных ЭВМ в состав системы управления открываются широкие перспективы построения более совершенных алгоритмов управления движением, позволяющих обеспечить высокую точность приведения С А в заданное место посадки с учетом многих ограничений. При разработке алгоритмов появляется возможность обеспечения необходимой гибкости функционирования, способности адаптации к изменяющимся условиям полета и своевременной реакции на возмущения. В алгоритмах управления могут быть в достаточно полной мере использованы априорная информация и данные, получаемые в процессе полета.

Цель исследования заключается в том, чтобы найти рациональные, с точки зрения применимости и располагаемых ресурсов ЭВМ на борту С А, алгоритмы управления траекторией спуска СА с малым аэродинамическим качеством в атмосфере для обеспечения требуемой точности посадки в заданную точку Земли.

Основной задачей диссертационной работы является разработка математических моделей, формирование оптимальной номинальной траектории и методов управления спуском СА. Имеется в виду, что при выборе модели движения СА и формировании алгоритма управления необходимо, насколько можно, полнее использовать возможности предоставляемые современной вычислительной техникой. Соответственно этому, желательно использовать по возможности более точные методы управления для повышения эффективности и работоспособности при парировании различных возмущений в процессе управления и обеспечения высокой точности посадки.

Постановка такой задачи и определение указанной цели исследования особенно актуальны для стран, не располагающих большими свободными равнинными площадями для организации полигона посадки С А, Например, в Китае географическая и демографическая обстановка не предоставляет возможности для организации подходящего полигона посадки СА с малым аэродинамическим качеством в виду чрезвычайной пересеченности местности и высокой плотности населения более или менее равнинных участков. Поэтом}' посадка С А в такой стране должна выполняться на очень ограниченную по размерам площадь, а следовательно необходимо обеспечить высокую точность посадки. С другой стороны обеспечение высокой точности посадки будет снижать требования к поисково-спасательным средствам и непосредственно увеличивать безопасность экипажа.

Анализ существующих автономных методов управления спуском показывает, что они не гарантируют точности

Ни^^ХДАП Ии^/йДЛД СД'АПЙЦ ¡4 М: 11; Л1 1 ч} I11 > "" ) ¿1 V 11 V' I ^¡и>| ошибок прогнозирования траектории спз?ска, особенно на конечном ее участке, вследствие большого разброса параметров входа в атмосферу, инструментальных погрешностей автономных навигационных систем и изменения в широких пределах аэродинамических характеристик С А.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является использование дополнительной информации о положении С А относительно заданной точки приведения. Эту информацию предполагается получать с помощью сигналов от наземных радиотехнических средств, размещаемых в районе посадки.

В диссертационной работе представлена следующая схема комбинированного управления спуском на атмосферном участке спуска. Она заключается в том, что до момента захвата сигнала маяка с Земли управление осуществляет автономная система управления епуском(СУС), основанная на прогнозировании движения и тонки посадки СА, после захвата сигнала наземного маяка начинается полуавтономное управление спуском. Другими словами, данная комбинированная система управления спуском построена на использовании автономного алгоритма управления на йЛВП ^'1*1 Ч ¿X V А IV С' 1 рй^Л 1 и^/Ий Я I ! V/. 1 ;V I V'-11 ¡V» 11 1 О' £1Л1 V' 11 « -VI 5.1 на конечном участке спуска. Результаты моделирования траекторий спуска показывают, что с использованием предлагаемого комбинированного алгоритма управления удается существенно снизить ошибки автономного управления и обеспечить попадание СА в заданную точку с промахом порядка одного километра.

В работе предполагается, что на участке спуска управление СА осуществляется путем изменения только угла крена у с постоянным балансировочным углом атаки, спускаемый аппарат обладает сравнительно небольшим аэродинамическим качеством (К—и.2Ь). Также предполагается, что для данного С А начиная с высоты 40 км, восстанавливается устойчивая радиосвязь.

Научная новизна работы заключается в том, что разработаны эффективные численные методики анализа и оптимизации управления движением СА. Предложены модифицированный автономный метод и полуавтономный метод управления траекторией С А, позволяющие

У V/! р£1Кг1"1С11г1/11*1 Пй I Срй11111£1ЛЬ11ЫС И/НПхЛ/хйЫС характеристики.

Практическая значимость работы состоит в решении задачи анализа и формирования метода управления движением СА, а также построения алгоритмического обеспечения бортовой вычислительной машины , связанной с работами по созданию в КНР пилотируемого космического аппарата. Результаты решения подтвердили возможность реализации траектории СА с требуемой точностью при помощи несложных технических средств, соответствующих состоянию приборостроения в КНР. Основные результаты, полученные в диссертации внедрены в учебный процесс кафедры 604 МАИ. Названные результаты получены лично й й 1 V р О ЛХ .

На защиту выносятся:

• Методика численного решения задачи оптимизации траектории спуска в атмосфере и выбора номинальной программы управления С А. Модифицированный метод автономного управления движением С А, с прогнозированием траектории спуска и точки посадки, основанный на использовании метода модулирующих функций. Модификация состоит в использовании идентификации аэродинамических характеристик в процессе спуска, обеспечивающей повышение точности прогнозирования.

• Методика комплексирования и обработки автономных (инерциальных) и неавтономных (радиолокационных) навигационных измерений, обеспечивающая повышение точности и надежности управления движением С А.

• Алгоритмическое обеспечение комплексного полуавтономного метода управления движением СА, основанного на модифицированном автономном методе наведения с использованием радиолокационной н а в и г а ц и о н н о й системы.

Основные научные и практические результаты, полученные в диссертации докладывались на 1 агаринских научных чтениях (МАТИ, 1997 г.), XXXI11 научных чтениях, посвященных разработке творческого наследия К. Э. Циолковского (Калуга, 1998 г.), международной научно-технический конференции "Бортовые интегрированные комплексы и современные проблемы управления" (МАИ, Яропольце, 1998 г.); а также на семинарах кафедры 604 МАИ (1996-98 г.)

Диссертация состоит из пяти глав.

В первой главе дается обзор алгоритмов управления движением СА при входе в атмосферу. В этой области значительный вклад внесли русские , советские и зарубежные ученые: В. А. Ярошевский, В. В. Андреевский, Н. М. Иванов, А. И. Мартынов, Л. Н. Лысенко, Д. ь. Охоцимский, Ю. Ф. Голубев, Ю. Г. Сихарулидзе, А. А. Лебедев, В. Н. Баранов, М. Н. Красильщиков, В. В. Малышев, ь. Ф. Каменков, Л. Р. Шкадов, Д. Ь". Чепмен, Лох У и многие другие. В этих работах дается общая характеристика проблем, связанных с выполнением безопасного спуска космического аппарата на Землю или другую планет)?, обладающую атмосферой, обсуждаются ограничения, накладываемые на перегрузочный и тепловой режимы, анализируются аэродинамические характеристики космических аппаратов различных типов. Сопоставляются аналитические и полуаналитические методы расчета траекторий входа в атмосферу, определяются области применимости полученных приближенных решений. Исследуются задачи об оптимизации траекторий входа, анализируются основные виды возмущений, методы навигации и управления.

В работах Н. М. Иванова, А. И. Мартынова, Л. Р. Шкадова и других авторов уделено большое внимание вопросам оптимизации траекторий спуска СА в атмосфере. Их работы [2, \ 6,1 В, 19,М ] посвящены комплексному исследованию оптимальных траекторий и режимов движения в атмосфере Земли и других планет Солнечной системы, имеющих атмосфер}7. В связи с развитием техники электронных вычислительных машин в работах Д. Охоцимского|20] и других авторов были исследованы вопросы создания алгоритмов, рассчитанных на использование ЬЦВМ в системе управления. Авторы стремились дать систематическое изложение проблемы и на примере задачи спуска СА в атмосфере продемонстрировать некоторые методы использования эффективных алгоритмов управления, основанные на прогнозировании траекторий спуска и точки посадки С А на поверхности Земли.

В работах А. А. Лебедева, В. Н. Баранова, М. Н. Красильщикова, В. В. Малышева[31], Ь. Ф. Каменкова{24] и др. исследуются алгоритмы управления движением СА путем одновременного изменения углов крена и атаки для повышения эффективности управления. Такой способ наиболее приемлем для космических аппаратов планирующего типа, обладающих большим значением аэродинамического качества.

В настоящее время с целью повышения точности управления все большее внимание уделяется использованию

1г1 1 и П С/' IV! Г11>Х Л IV! V 1 V Д У ХЗ у' XX р С115 л VXX Х'Х Л XX и Хл. V/ И V *1 XX и т у Ч (X V X Л V спуска, основанных на уточнении взаимного положения СА и точки посадки. В этом направлении в работах ь. Ф. Каменкова[22,23,24] рассматриваются некоторые алгоритмы полуавтономного управления СА как при одноканальном управлении по углу крена (у — управление), так и при управлении по углам атаки и крена (а —у управление). В конце главы приводится постановка задачи на исследования, проводимые в данной диссертации.

Во второй главе анализируются различные математические модели движения С А в атмосфере Земли, методы расчета траекторий спуска, анализа их свойств и характеристик и синтеза закона управления. В связи с целью исследования (повышение точности) в работе рассматривается только движение центра масс СА. В данном случае обоснован выбор математических моделей движения СА и моделей окружающий среды (внешних воздействий) разной степени полноты. Представлены модели гравитационного поля и атмосферы Земли, в том числе, экспоненциальная стандартная и нестандартная модели атмосферы, которые

У' *"Х XX X 1ЭХ ¿5 а X V V V XX XX V XXX11 р V х XX Ы V ХЗ ¿1XX £Х Д XX И X X ^ X V X XX и V X XX •

Подробно исследуются аэродинамические характеристики спускаемого аппарата типа "Союз % обосновывается выбор способа управления спуском путем поворота по крену.

В третьей главе разработаны методики выбора и расчета номинальной траектории спуска и соответствующей программы управления. Расчет номинальных траекторий необходим в дальнейшем на этапе прогноза движения при решении общей задачи управления. Проанализированы критерии оптимизации и ограничения, используемые при выборе траектории движения СА в атмосфере. Отмечается, 1 о* 1У1 и л хх IV! 11 а л л ]5|/ ч/т Спи у а пр" и и 1 рлй и ч сяй и и с^1 С/1 р у а и является физически оправданным критерием оптимальности. Обоснован способ расчета оптимальной номинальной траектории и программы управления с использованием принципа максимума Понтрягина. С помощью указанного метода оптимизации определена область возможного маневра С А в атмосфере при ограничении перегрузки. Номинальная программа управления, полученная на основе оптимизации траектории спуска, содержит элемент нерациональности, так как она получена без учета возможных возмущений, действующих на СА при спуске. С точки зрения парирования непредсказуемых возмущений и обеспечения заданной точки посадки целесообразно выбрать номинальную программу управления таким образом, чтобы точка посадки находилась как можно ближе к центру области возможного маневра.

Четвертая глава посвящена исследованию основной проблемы управления — построению алгоритма управления спуском при воздействии различных возмущений и приведению СА в заданную точку посадки. Гак как для автономных систем управления спуском СА алгоритм управления, основанный на прогнозировании движения и точки посадки, имеет заметное преимущество перед алгоритмом с отслеживанием номинальной траектории и оказывается более перспективным, то для формирования закона управления выбран алгоритм с прогнозированием. Предложен модифицированный автономный метод на основе метода модулирующих функций с прогнозированием траектории спуска, суть которого состоит в идентификации в полете аэродинамических характеристик СА. Особенность этого алгоритма заключается в том, что прогнозируемая зависимость командного угла крена принадлежит некоторому двухпараметрическому семейству. Два параметра этого семейства определяются из условия одновременного устранения промаха по продольной и боковой дальности с учетом ограничении по перегрузке. В результате исследования алгоритма выбраны и обоснованы уравнения

Д15 ¿1 /IV V П 11 Л ^ 1\1 V 1 V Д, XX Й X Ч/ А р ¿1 р V/ 13 а XX ¿1 УХ ^ XX ч) У IV XX V/ l5Ji И Я XX 11 V дискретности шага коррекции (управления} и числа переворотов по крену. Рассмотрена работоспособность предлагаемого алгоритма управления при действиях различных возмущений. Большое внимание уделено изучению влияния ошибок навигационной информации на точность управления. Результаты расчетов при моделировании показали, что предлагаемый алгоритм управления в целом дает возможность парировать влияние возмущений и обеспечить точность посадки в пределах нескольких

1Л. 1'и 1 и IV! V 1 Ь' V/15 .

Б пятой главе рассматривается способ повышения точности посадки с использованием неавтономной навигационной информации. Как показал анализ автономных методов, в том числе модифицированного метода, предложенного в данной работе, они не гарантируют точности посадки порядка одного километра из-за значительных ошибок прогнозирования траектории спуска, особенно на конечном ее участке, вследствие большого разброса параметров входа в атмосферу, инструментальных л о гр еш н о ст ей автономных нави гацио н н ы х систем и изменения в широких пределах аэродинамических характеристик С А. Одним из возможных путей решения проблемы повышения точности является использование дополнительной информации о положении СА относительно заданной точки приведения. Эту информацию предполагается получать от специальных наземных радиотехнических средств, размещаемых в районе посадки.

Рассмотрен полуавтономный метод управления спуском, в

О СИ и у 1л и 1 ч/р V 1 чу 11 чу Л /1\ VIIV Ир' ч/1 П V ^Ухр и 15 С1П Ух С 1 ч/ 114.1^1 II V ^/и-ДЛ Ух Ух коррекция прогноза путем использования внешней информации от взаимодействия с наземными радиосредствами (маяками). С помощью последних на борту СА измеряются дальность и радиальная скорость СА относительно маяка. На основе полученной информации формируются алгоритмы управления, предлагаемые в данной работе.

В данной главе разработано алгоритмическое и программное обеспечение комплексного полз?автономного метода управления движением С А, основанного на модифицированном автономном методе наведения и использовании наземных радиомаяков.

Моделирование и анализ результатов показывают, что ii^JYi Fi v i I v" JIЬ J V Ъ й lî iï il ПрСДЛй! ilvIViWi V ïiWjij cliî 1 UîîviVîiîv/i W Mvi v^Ci удается значительно повысить точность посадки, по сравнению с автономными методами управления посадкой C'A, обладающими небольшим аэродинамическим качеством. Ожидаемая погрешность приведения СА в заданную точку посадки, при нулевых ошибках угловой стабилизации, составляет величину порядка одного километра.

1. Сравнительный анализ алгоритмов управлении движением космического аппарата в атмосфере Земли

1.1 Проблемы входа в атмосферу и управления спуском С А

Наибольшие трудности при решении задачи входа СА в атмосферу Земли связаны со значительными аэродинамическими и тепловыми нагрузками, действующими на аппарат, а также с необходимостью обеспечения приемлемой точности приведения СА в заданное место посадки. Поэтому первоначально исследования концентрировались на определении класса траекторий входа, удовлетворяющих условиям комфортабельного спуска в смысле ограничения максимальных аэродинамических

1.1 С-р VI р у ч) V Г\ ^ у ^Ли 1511 Ух IV! Дч/11 ^"у! 1»'! £>1 Л 1 С-ИЛ V 13131 Л. 11С 1 С 1л ч/13 IX <Х поверхности спускаемого аппарата и обеспечивающих удовлетворительную точность посадки в заданном районе.

К одним из первых публикаций, освещающих физические и инженерные проблемы задачи входа СА в атмосферу Земли, относятся работы [48,53, зЬ]. В качестве основного параметра траектории входа в этих работах предлагается рассматривать высоту условного перигея, т.е. высоту перигея оскулирующего эллипса до входа СА в атмосферу. Предельно малая высота условного перигея и соответствующая траектория с максимальной допустимой перегрузкой, определяют нижнюю границу коридора входа. Предельно большая высота условного перигея, при которой еще обеспечивается захват СА атмосферой, образует верхнюю границу коридора входа. Разность между верхней и нижней границами называется шириной коридора входа.

В работах[2,48,эЗ,М,ЬЬ] получены приближенные аналитические решения, определяющие траекторию движения и аэродинамический нагрев СА в атмосфере, плотность которой меняется по экспоненциальному закону. Найдены асимптотические решения для баллистической траектории движения С А в атмосфере, т.е. полета без подъемной силы, а также для траектории с вылетом из атмосферы. Показано, что при наличии аэродинамического качества у СА можно за счет выбора ориентации вектора подъемной силы существенно

V П 1"1 1 Х> р V/' Д11И СХ Г»! ¿11V V 1\ у IV И ч/р С1 р' у О Л у И И С-ч/А V/Л15Л V/ у XVIСШЗ1111'11э величину теплового потока. В работах[54,ЬЬ] получены приближенные формулы, позволяющие оценить ширину и расположение границ коридора входа в зависимости от начальных условий движения и аэродинамических характеристик К А. вопросы оптимизации траекторий спуска СА в атмосфере нашли отражение в работах [2,16,17,18,31]. В работе[2] приведены методы приближенной оценки характеристик траекторий при входе в атмосферу, учета ограничений по перегрузкам и тепловым нагрузкам для спускаемого аппарата. Описаны методы оптимизации траекторий по различным

1 иЛП ¿11V11IV! IV р И 1. Ср 11ЛIV! 11 IV! V -1 V* Д1з1 11 р С115 Л VИ VIЛ у обеспечивающие приземление СА в заданном районе. Работы [16,19] посвящены комплексному исследованию оптимальных траекторий и режимов движения в атмосфере Земли и других планет Солнечной системы, имеющих атмосферу. С единых позиций анализируется проблема спуска; выявляются общие и специальные задачи торможения; с использованием различных методов оптимизации проводится решение наиболее важных и характерных задач движения в атмосфере. Выводятся некоторые критерии подобия, позволяющие обеспечить определение оптимальных траекторий при движении в атмосферах различных планет и при il'viiUJiÜ'jU13 ixnial'i рdOJiil "1П£>1 Л. Г\ jíl'i A Cpx'ivij vil i i'iiViClJít)íl"vy v i H *

В связи с развитием техники электронных вычислительных машин в раЬотах|34~38J были исследованы вопросы создания алгоритмов, рассчитанных на использование Б ЦВМ в системе управления. Авторы стремились дать систематическое изложение проблемы и на примере задачи спуска С А в атмосфере продемонстрировать некоторые методы вычисления эффективных алгоритмов управления, основанные на прогнозировании траектории спуска и точки посадки С А на поверхности Земли. Представленные данные о моделировании различных уровней предлагаемых алгоритмов свидетельствуют об их эффективности в широком диапазоне скоростей входа, от первой космической до гиперболических, при дальностях полета на участке входа от сотен до 10-12 тысяч километров. Показано, что наличие БЦВМ на борту СА позволяет принципиально повысить точность управления а о посадкой до iü~2D километров при наличии вариаций плотности атмосферы, погрешностей выставки стабилизированной платформы, ошибок начальных условий входа и т. п.

Кроме управления траекторией спуска путем поворота СА на угол крена, можно рассмотреть дополнительные резервы, которые открываются при регулировании величины

СХр П ¿11\'11'11V VГ\ V/1 V/ )л С1" СV 1 й С1 ч) С1 V" С 1 «О 1УХ ОП VП11 й. 1 Л £Х ¿11 ¿1 Г\ .

Одновременное изменение углов крена и атаки повышает возможности управления и позволяет эффективно бороться со случайными возмущениями, действующими на СА. Такой алгоритм управления движением СА в атмосфере при входе с околокруговой скоростью исследуется в работах [30,31].

Находящиеся в эксплуатации в настоящее время автономные системы управления спуском (С У С) не обеспечивают требуемой точности посадки порядка одного километра для С А с малым аэродинамическим качеством. Показано, что получение такой точности наведения СА в заданную точку с использованием только автономных средств управления практически невозможно из-за наличия ошибок в определении начальных параметров входа, инструментальных погрешностей навигационных систем, действия различного рода возмущающих факторов и т. д. С учетом недостатков автономных систем управления все большее внимание в методов управления на конечном участке спуска с целью повышения точности путем уточнения взаимного положения СА и точки посадки. Информацию извне можно получать с помощью радиолокационной станции или радиомаяка, находящихся на поверхности планеты. Б работах[22,23,24] р' а V ч,/ IV! а X И £5 СХХчу X X р СХ С^л X и р 11Ух Д15 Ух ухл. V И Ух Й Ух £ХЛ х V р Ух X т Х>1 полуавтономного управления СА как при одноканальном управлении по углу крена (у — управление), так и при управлении по углам атаки и крена (ос —у управление). В работах[56,57] рассмотрены алгоритмы радионаведения С А в точку посадки при управлении по углу крена с использованием радиолокационной станции и наземной ЦВМ.

Следует отметить, что современное состояние техники позволяет рассматривать вопрос о построении комбинированных С УС на базе миниатюрного высокопроизодительного бортового компьютера и средств получения внешней информации как от наземных станций

1111/1 ^ 1 С1лл 11 ч/ 1 ^Ну 1 Х~1 ИАО 131>1 Л 11 ¿Х£51х 1 СХ I ^¿10 Г1П131 Л. V 1'1 V 1 V1У1

НАВСТАР, 1ЛОНАСС и т. п.). В работе[58] предложен метод коррекции инерциальнои навигационной системы на участке схода космического аппарата с орбиты И Со. Применение данного метода позволяет скорректировать ориентацию осей чувствительности элементов инерциальной навигационной системы.

Анализ опубликованных работ показывает, что наиболее перспективными методами повышения точности посадки СА

1 ч/Л 1»1\/1 УДЫ САДИИ ЯК СрЦИСгЛСКЫ А ^¿'1V 1 управления, например, использование наземных навигационных радиотехнических средств, размещаемых в районе посадки и взаимодействующих с бортовыми автономными системами. При этом по-прежнему остается важным поиск возможностей совершенствования и автономных систем управления. Поэтому в работе исследуются оба указанных пути развития систем управления спуском С А.

Заключение диссертации по теме «Динамика, баллистика, дистанционное управление движением летательных аппаратов», Ян Кайчжун

Основные результаты работы следующие:

1. Разработана методика численной оптимизации траектории спуска в атмосфере и управления СА для создаваемого в Китае пилотируемого космического корабля, с помощью которой построены номинальные траектории спуска.

2. Предложен метод построения области возможного маневра при ограничении перегрузки и выбрана номинальная программа управления для СА китайского космического корабля с наибольшим запасом управления.

3. Построен модифицированный многошаговый алгоритм автономного управления движением СА, основанный на использовании метода модулирующих функций. Модификация состоит в применении идентификации аэродинамических характеристик в процессе полета СА в атмосфере.

4. Показано, что с использованием математических моделей повышенной точности для прогнозирования движения СА при управлении и идентификации его аэродинамических характеристик следует ожидать, при нулевых ошибках угловой стабилизации, терминальной точности управления СА до 7- В км.

5. Решена задача анализа и формирования полуавтономного метода управления С А. Б рамках решения разработана методика комплексирования и обработки автономных (инерциальных) и неавтономных измерений обеспечивающая повышение точности наведения СА.

6. Разработано алгоритмическое обеспечение комплексного полуавтономного метода управления СА ( для имитационного моделирования и для ЬЦВМ), который основан на модифицированном автономном методе наведения с использованием информации радионавигационной системы. Статистическое моделирование на ЭВМ полной модели полуавтономного управления движением С А показало, посадка СА может быть осуществлена с точностью порядка одного километра при нулевых ошибках угловой стабилизации.

7. Проанализировано влияние различных возмущающих факторов на точность управления С А. Даны рекомендации по методам дальнейшего повышения точности управления.

ЗАКЛЮ ЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ян Кайчжун, 1999 год

1. Алексеев К. в., Вебенин 1 . 1 ., Мрошевский В. А. Маневрирование космических аппаратов. — М.: машиностроение, 1У/0.

2. Андрееский В. В. Динамика спуска космических аппаратов на Землю. — М.: Машиностроение, 1970.

3. Аппазов Р. Ф., Сытин О. Г. Методы проектирования траекторий носителей и спутников Земли. —М.: Наука, 19ой.

4. Величенко В. В., К задаче о минимуме максимальной перегрузки//Космические исследования. — 19/2, — 1. А, вып. э.

5. Иванов Н. М., Лысенко Л. Н., Мартынов А. И. Методы теории систем в задачах управления космическим аппаратом. — ivi.c Машиностроение, i98i.

6. Г/.Иванов ri. М., Дмитриевский А. А., Лысенко Л. Н. Баллистика и навигация космических аппаратов. — М.: Машиностроение, 1986.

7. Иванов И. М., Лохов i . М., Павлов и. п., .нковлев w. с. синтез нелинейного закона управления движением космических аппаратов в атмосфере Земли //Космические исследования. — 1972. — I. X, вып.З.

8. У.Иванов ti. М., Мартынов А. И. Движение космическихлетательных аппаратов в атмосферах планет. — М.: Наука, 985.

9. Иванов Н. М. Мартынов А. И., Шилов А. А. О выведении космического аппарата на ороиту искусственного спутника планетыатмосфере//космические исследования. — iy/5. — i. Xiii, вып. 4.

10. Иванов Н. М., Соболевский В. Г. Аналитическая оценка дальности спуска космического аппарата для гиперболических траекторий возвращения//Космйческие исследования. — 19/2. — i. X, вып. 4.

11. Каменков Е. Ф. Траектория движения спускаемых аппаратов. — М.: МАИ, 1969.

12. Каменков Ь. Ф. методы управления движением спускаемых аппаратов. — М.: МАИ, 1985.

13. Каменков Е. Ф. маневрирование спускаемых аппаратов, гиперболические скорости входа в атмосферу. — М.:1.! аШИНОСТрОеНИс, 1Уо.З.

14. Козлов В. И. Системы автоматического управления летательными аппаратами. — м.: машиностроение, хУ/у.

15. Константинов М. С., Каменков Е. Ф. Механика космического полета. — М.: Машиностроение, ¡989.

16. Кочетков Б. И., Ян Кайчжун Об одном способе повышения точности посадки спускаемого аппарата // Хруды ллаш научных чтений К. Э. Циолковского, секция "механика космического полета",— 1998.

17. Лебедев А. А., Варанов В. г!., красильщиков М. 1т., Малышев В. В. К задаче оптимального управления при входе в атмосферу //'Космические исследования. — 1969. — Т. VII, вып. 5.

18. Лебедев А. А., Красильщиков М. Н., Малышев В. В. Оптимальное управления движением космических аппаратов.— М.: машиностроение, ху/'Ч-.

19. Лох У. Динамика и термодинамика спуска в атмосфере планет. — М.: Мир, 1966.

20. Охоцимский Д. Ьухаркина А. П., 1 олуоев Ю. Ф., Управление движением при входе в атмосферу//Космические исследования. — 1969. — T. XII, вып. 2.

21. Охоцимский Д. ь., Голубев Ю. Ф., Сихарулидзе Ю. Г. Алгоритмы управления космическим аппаратом при входе в атмосферу. — M.: наука, iv/о.

22. ЗУ.Основы теории полета космических аппаратов. /Иод. ред. Нариманова Г. С., Тихонравова М. К. — М.: Машиностроение, 1972.

23. Петров Б. Н., Власов A. i ., д/штрошин У. И., Уколов П. о. система стохастического оптимального управления при входе в атмосферу со второй космической скоростью/7Управление в космосе. — 1. 1. — М.: Наука, 1972.

24. Петухов С. В., Хрошевскии ь. А., исследование треоований к точности автономных траекторных измерений из условий обеспечения входа в атмосферу планеты //Космические исследования. — 1972. —T. X, вып. 6.

25. Разыграев А. и. Основы управления полетом космических аппаратов и кораблей. —М.: Машиностроение, 19//.

26. Решетнев М. Ф., Лебедев А. А., Бартенев Б. А., Красильщиков М. Н., Малышев В. А., Малышев В. В. Управление и навигация искусственных спутников Земли на околокрутовых орбитах. — М.: Машиностроение, i9oo.

27. Сихарулидзе Ю. 1 . Оптимальное импульсное торможение при входе в атмосферу//Космические исследования, i У / 0, Vin, Вып.24э.Смольяков 3. Р., Оптимизаций коридора входа в атмосферу /'/'Космические исследования.— Í968. — Т. VI, вып. Í.

28. Стайлз Дж. Управление спуском с прогнозом движения для аппаратов типа "Аполлон' //управление в космосе. — i. i. — ivi.: Наука, IУ /2.

29. Уингроу F. К. Динамика входа в атмосферу планетв /'/Современное состояние механики космического полета. . — М.: Наука, 1969.4«.Цепман Д. Р. Приближекныи аналитической метод исследования входа тел в атмосферу планет. — М.: Иностранная литература, Í 962.

30. Чарный В. И., Бирзгал А. П., Вор и сен ко В. Pi., Свищев A. i . Оiipl'í ivíOriCili'li'l üJJMrylbiA ¿\'1С1идиь clJü Ojpi-í i ;vi'~ y ;: p »ejv. п :-¡ л y :v:аппарата в атмосфере//Космические исследования ,1969. i .Vil. вып.6.

31. Ян Кайчжун, Кочетков В. И Исследование метода неавтономного управления посадкой спускаемого космического аппарата // i езисы доклада на научно-технической конференции, МАИ, Ярополец, 1Ууй.

32. ЬЗ.Ярошевский В. А. приближенный расчет траекторий входа в атмосферу/'/Космические исследования ,1964. i.Ií, вып.4,5.

33. Ярошевский В. А. Движение неуправляемого тела в атмосфере. — jVi.: машиностроение, 19 /о.

34. Ярошевский В. А. Вход в атмосферу космических летательных аппаратов. —м.: машиностроение, ¡986.

35. Коросташевский i . П., Иванов Н. М., Йогов О. А. об алгоритмах радионаведения в применении к управлению спуском в атмосфере

36. Земли космических аппаратов//Космические исследования ,1973. т. XI, вып. 1.

37. Иванов и. М., Куорявцев о. п. Информативный алгоритм терминального управления спуском в атмосфере Земли космических аппаратов с малым аэродинамическим качеством. //Космические исследования ,1988. т. XXVI, вып.4.

38. Иванов И. М., Иванков И. г. метод коррекции инерциальнои навигационной системы по относительным измерениям навигационных ИСЗ. //Космические исследования ,1992. т. 30, вы п. 1.

39. Максимов М. В., Горгонов 1 . И. Радиоуправление ракетами. — М.: Советское радио, 1964.

40. Кочетков В. И., Ян Кайчжун Разработка метода управления посадкой спускаемого аппарата с помощью радиосредств, деп. в ВИНИТИ. .№385-В99 от 05.02.99 г.