Спуск и посадка космических аппаратов
РЕФЕРАТСПУСК И ПОСАДКА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (КА)НА ПЛАНЕТЫ БЕЗ АТМОСФЕРЫИзучение 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 живет. Но если раньше человек мог только наблюдать движение небесных тел и изучать на расстоянии некоторые (зачастую малопонятные) их свойства, то сейчас научно-техническая революция дала возможность достичь ряда небесных тел Солнечной Системы и провести наблюдения и даже активные эксперименты с близкого расстояния в их атмосферах и на поверхностях. Эта возможность детального изучения «на месте» изменяет 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, воздействуя4 -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 объекта5 -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 ипланет 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 хара...
Другие файлы:
Стыковочные устройства космических аппаратов
Рассмотрены вопросы теории и техники стыковки космических аппаратов. Приведены сведения о конструкциях, созданных в СССР и США. Анализируются различн...
Основы устройства и конструирования космических аппаратов
Общие вопросы теории движения транспортных космических системРакетно-космические системы и физические условия полета в атмосфере и космосеОсновы устро...
Виброиспытания космических аппаратов
В монографии рассмотрены основные характеристки космических аппаратов, предложена методика исследования их поведения при динамических воздействиях и п...
Модель космоса. Том 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов
Второй том посвящен рассмотрению воздействия факторов космического пространства на материалы и оборудование космических аппаратов, методов испытаний м...
Аэродинамика орбитальных космических аппаратов
В монографии изложены методы решения аэродинамических задач, возникающих при создании орбитальных космических аппаратов. Описана верхняя атмосфера Зем...
