Главная > Разное > Механика космического полета в элементарном изложении
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 4. Управление движением космического аппарата

Задача управления ракетой-носителем на участке разгона [1.34] заключается в том, чтобы в определенной точке пространства на заданной высоте ракета набрала скорость определенной величины в заданном направлении. Изменение курса ракеты в плотных слоях атмосферы осуществлялось в свое время главным образом с помощью воздушных рулей, действующих подобно рулям самолета, и с помощью газовых рулей — пластинок, отклоняющих определенным образом реактивную струю и тем самым поворачивающих корпус ракеты. Поворот корпуса ракеты, однако, более удобно осуществляется поворотом самого двигателя, подвешенного на шарнирах, или (реже) сопла двигателя. Для этой же цели могут служить небольшие вспомогательные («верньерные») двигатели. Аналогичным путем осуществляется стабилизация ракеты на курсе, т. е. компенсируются случайные отклонения ее от курса. В некоторых случаях для этого используются воздушные стабилизаторы — своеобразное оперение ракеты.

Иногда верхняя ступень ракеты вовсе не имеет органов управления и стабилизируется на курсе посредством вращения вокруг продольной оси (как артиллерийский снаряд и винтовочная пуля). Такими, например, неуправляемыми были верхние ступени американских ракет-носителей, использовавшихся для запусков спутников Земли и космических зондов в 1958-1959 гг.

Мало, однако, иметь возможность управлять ракетой — нужно еще знать, как именно это делать. На помощь приходит космическая навигация.

Космическая навигация — в широком смысле — управление движением космического летательного аппарата; в узком смысле — определение его орбиты и прогнозирование движения.

Для определения кеплеровой орбиты достаточно определить 6 ее независимых параметров. Существует три основных метода космической навигации.

Метод инерциальной навигации использует исключительно механические явления на борту космического аппарата и поэтому является совершенно автономным, независимым от наземных станций. Более того, система инерциальной навигации не нуждается вообще ни в каких сигналах, приходящих со стороны, и не использует ни излучения Солнца и звезд, ни магнитного поля Земли, ни наблюдения ее поверхности.

С помощью акселерометров измеряются негравитационные ускорения в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Таким образом и определяется вектор негравитационного, «кажущегося» ускорения. Бортовые счетно-решающие устройства — интеграторы непрерывно вычисляют по ускорению скорость, а по скорости — пройденный путь (интегрирование в случае постоянного ускорения сводится к использованию «школьных» формул равноускоренного движения).

Нетрудно понять, что найденные таким образом скорость и путь будут не истинными, а «кажущимися», так как акселерометры не могут измерить гравитационное ускорение (см. § 3). Но сведения о поле земного тяготения заложены заранее в вычислительные устройства и соответствующие поправки учитываются. Полученные результаты автоматически сравниваются с заранее рассчитанной программой разгона ракеты, и для компенсации обнаруженных расхождений даются определенные команды органам управления. Двигатель отключается, как только в заданной точке пространства достигнута заданная скорость.

В случае, когда вдали от Земли и планет бортовой двигатель космического аппарата включается на короткое время для простого маневра, измеряемая инерциальной системой кажущаяся скорость будет из-за отсутствия сопротивления точно совпадать с характеристической скоростью маневра. Силы тяготения из-за их малости не скажутся на движении в течение короткого промежутка времени, и можно считать кажущуюся скорость практически равной приобретенному истинному приращению скорости. Подобные маневры необходимы для исправления траектории в соответствии с измеренными параметрами движения. Главная трудность будет при этом в том, чтобы необходимая скорость была сообщена в нужном направлении. Как это осуществляется, мы увидим ниже.

Инерциальная система управления применяется также в случае управляемого планирующего спуска в атмосфере (с подъемной силой), о котором подробнее будет говориться в § 4 гл. 5 и § 2 гл. 11. Акселерометры при этом измеряют негравитационные ускорения, происходящие от аэродинамических сил, или, что то же самое, измеряют коэффициенты перегрузки. Бортовое счетно-решающее устройство спускаемого аппарата сравнивает показания акселерометров с программными и автоматически выдает соответствующие указания органам управления. Последние поворачивают спускаемый аппарат таким образом, чтобы аэродинамическая сила приняла нужное направление, в результате чего выправляется траектория спуска

На начальном участке разгона применяются (обычно в сочетании с инерциальной навигацией) и радиотехнические средства наземной службы траекторных измерений. Радионавигация — пример неавтономной навигации. Метод радионавигации позволяет определить направление на космический аппарат (по указанию радиолокатора), расстояние до него (по времени прохождения туда и обратно сигнала, посланного радиолокатором и возвращенного обратно прибором-ответчиком) и, в соответствии с эффектом Доплера, лучевую скорость — проекцию скорости на направление радиолуча.

Метод астрономической навигации используется главным образом в дальних космических полетах. Он основан на наблюдении светил на небесной сфере и во многом аналогичен используемому штурманами морских кораблей и самолетов. С помощью оптических приборов измеряются угловые расстояния между планетой и какой-либо из ярких неподвижных звезд (сфера неподвижных звезд в любой точке солнечной системы не отличается от видимой на Земле), между планетой и Солнцем, между Солнцем и звездой. Вблизи планеты измеряется угловое расстояние между звездой и краем видимого диска планеты или каким-либо ориентиром на ней; регистрируется момент затмения планетой звезды или захода Солнца; измерение углового диаметра планеты позволяет определить расстояние до нее. Метод астронавигации вполне автономен.

На практике перечисленные методы зачастую применяются одновременно, взаимно дополняя результаты

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление