Оптимизация баллистических схем перелетов между некомпланарными орбитами с помощью комбинации двигателей большой и малой тяги
Автор: Петрухина К.В., Салмин В.В.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Механика и машиностроение
Статья в выпуске: 4-1 т.12, 2010 года.
Бесплатный доступ
Исследуется задача выбора оптимальных баллистических схем перелета КА на геостационарную орбиту с использованием двигателей большой и малой тяги. Предлагается схема решения многокритериальной задачи оптимизации для комбинированных перелетов на геостационарную орбиту: в качестве главных критериев принимаются масса полезной нагрузки на целевой орбите и продолжительность перелета, а остальные критерии (общее время пребывания КА в радиационных поясах Земли и длительность теневых участков) переводятся в разряд ограничений. На первом этапе решается двухкритериальная задача оптимизации посредством выделения множества Парето-оптимальных решений, на втором этапе проводится проверка выполнения ограничений. На третьем этапе производится синтез проектно-баллистических характеристик перелета в целом, с учетом ограничений. Метод решения динамической части задачи состоит в использовании принципа расширения допустимых состояний и управлений при переходе от задачи оптимизации в строгой постановке (в соответствии с принципом максимума Л.С. Понтрягина) к задаче локальной оптимизации. Приводятся результаты численного моделирования комбинированных схем перелетов, оптимизации их проектно-баллистических характеристик, расчета проектных параметров межорбитального транспортного аппарата.
Комбинированная двигательная установка, электрореактивный двигатель, химический разгонный блок, многокритериальная задача оптимизации, множество парето, принцип расширения, принцип максимума л.с. понтрягина, локально-оптимальное управление
Короткий адрес: https://sciup.org/148199358
IDR: 148199358 | УДК: 629.785
Optimization of flights ballistic schemes between non-coplanar orbits by means of the combination of high and low thrust engines
The problem of a choice of spacecraft flight optimum ballistic schemes into a geostationary orbit with use of high and low thrust engines is investigated. The scheme of optimization multicriterial problem decision for the combined flights into a geostationary orbit is offered: as the main criteria are accepted weight of payload in a target orbit and duration of flight, and other criteria (the general time of spacecraft stay in the Earth radiating belts and duration of shadow sites) are translated in the category of restrictions. At the first stage the twocriterial problem of optimization by means of generation of Pareto optimum decisions, at the second stage check of performance of restrictions is carried out. At the third stage synthesis of design ballistic characteristics of flight as a whole, taking into account restrictions is carried out. The method of a dynamic part problem decision consists in use of an expansion principle of admissible conditions and controls at transition from an optimization problem in strict statement (according to a Pontrjagins maximum principle) to a problem of local optimization. Results of numerical modeling of the flights combined schemes, optimization of their design ballistic characteristics, calculation of design parameters of the interorbital transport spacecraft are resulted.
Список литературы Оптимизация баллистических схем перелетов между некомпланарными орбитами с помощью комбинации двигателей большой и малой тяги
- Tsien H.S. Take-Off from Satellite Orbit//J.Am.Rocket Soc. 1953. 23. 233.
- Ирвинг Д. Полеты с малой тягой в гравитационных полях при переменной скорости истечения//Космическая техника/Под ред. Г. Сейферта. М.: Наука, 1964. С. 286-324
- Гродзовский Г.Л., Иванов Ю.Н., Токарев В.В. Механика космического полета. Проблемы оптимизации. М.: Наука. 1975. 702 с.
- Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой, М: ВЦ АН СССР, 1968. -108 с.
- Иванов Ю.Н. Оптимальное сочетание двигательных систем/Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. 1964. №2. С. 3-14.
- Салмин В.В. Оптимальное управление комбинированной системой, состоящей из двигателя ограниченной скорости истечения и двигателя ограниченной мощности//Космические исследования. 1970. Т.VIII. №4. С.535-541.
- Попов Г.А., Обухов В.А., Константинов М.С., Федотов Г.Г., Мурашко В.М. Применение электроракетной двигательной установки в проекте "Фобос-грунт"//Фундаментальные и прикладные проблемы космонавтики. 2001. №4. С. 26 31
- Брусов В.С., Салмин В.В. Комбинированная двигательная система, универсальная для диапазона маневров//Космические исследования. 1974. Т. XII. Вып. 3. С. 368-373.
- Салмин В.В. Оптимизация космических перелётов с малой тягой. Проблемы совместного управления траекторным и угловым движением. М.: Машиностроение, 1978. 208 с.
- Гурман В.И. Принцип расширения в задачах управления. М.: Наука, 1985
- Кротов В.Ф., Гурман В.И. Методы и задачи оптимального управления. М.: Наука, 1973. 446 с.
- Салмин В.В., Васильев В.В., Ишков С.А., Романенко В.А., Соколов В.О., Старинова О.Л., Юрин В.В. Приближенные методы расчета оптимальных перелетов космических аппаратов с двигателями малой тяги//Вестник СГАУ. 2007. №1 (11). С. 37-52.
- Лебедев А.А. Введение в анализ и синтез систем. М.: Изд-во МАИ, 2001. 352 с.
- Ишков С.А., Салмин В.В. Оптимизация траекторий и параметров межорбитальных транспортных аппаратов с двигателями малой тяги//Космические исследования. 1989. Т.XXVII. Вып. 1. С.42-53.
- Математическая теория оптимальных процессов/Л.С.Понтрягин, А.Г.Болтянский [и др.]; [под ред. Л.С. Понтрягина]. М.: Наука, 1976. 392 с.
- Моисеев Н.Н. Элементы теории оптимальных систем, М.: Наука, 1975, 528с.
- Попович П.Р., Скребушевский Б.С. Баллистическое проектирование космических систем. М.: Машиностроение, 1987. 240 с.
- Транспортные модули на базе комбинации современных химических двигателей и электроракетных двигательных установок для транспортных перевозок "орбита -орбита". Отчет о НИР. НИИПМЭ, 1998.
- Вернов С.Н., Вакулов П.В., Горчаков Е.В. Радиационные пояса Земли и космические лучи. М.: Просвещение, 1970. 128 c.
