Оптимизация гелиоцентрических перелётов космического аппарата с разнотипными электроракетными двигателями
Автор: Старинова Ольга Леонардовна, Лобыкин Андрей Александрович, Рожков Мирослав Андреевич
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Статья в выпуске: 1 (40), 2023 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается вопрос о формировании оптимальной номинальной программы управления маршевой тягой двигательной установки (ДУ) межпланетного космического аппарата (КА), состоящей из нескольких разнотипных электр оракетных двигателей (ЭРД). Критерием оптимизации является минимум расхода рабочего тела при фиксированной длительности перелёта. Определяются: направление тяги ДУ и последовательность включения/выключения отдельных двигателей. На основе принципа максимума Понтрягина получены аналитические выражения для оптимальных программ номинального управления: определены зависимости направления тяги и функции включения/выключения отдельных двигателей от фазовых и сопряжённых координат динамической системы. В качестве примера использования разработанной методики оптимизации рассматривался гелиоцентрический участок перелёта Земля - Марс. Расчёты проводились для прототипа с параметрами, сходными с КА международного проекта «Демокритос», предполагающего использование российской ядерной энергоустановки для обеспечения электроэнергией множества разнотипных ЭРД. Проведено численное решение краевых задач и моделирование движения КА с полученной оптимальной номинальной программой управления для ДУ с двумя типами ЭРД и различной длительностью перелёта. Выполнен анализ зависимости расхода рабочего тела и моторного времени для обоих типов двигателей от требуемой длительности перелёта.
Ядерная энергодвигательная установка, электроракетный двигатель, оптимальное управление, минимальный расход рабочего тела
Короткий адрес: https://sciup.org/143179914
IDR: 143179914
Список литературы Оптимизация гелиоцентрических перелётов космического аппарата с разнотипными электроракетными двигателями
- Луна — шаг к освоению Солнечной системы / Под научн. ред. B.П. Легостаева и В.А. Лопоты. М.: PKK «Энергия», 2011. 584 с.
- Кауфман Г.Ф. Физико-технические основы ионных двигателей с замкнутым дрейфом электронов // Аэрокосмическая техника. 1985. № 5. C. 1бЗ-177.
- Пешухов В.Г. Оптимизация межпланетных траекторий космических аппаратов с идеально-регулируемым двигателем методом продолжения // ^смические исследования. 2008. Т. 4б. Вып. З. C. 224-2З7.
- Гришин С.Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1989.
- Консшаншинов М.С., Пешухов В.Г., Тейн М. Оптимизация траекторий гелиоцентрических перелётов. М.: Изд-во МАИ, 2015. 2-е изд. 2б0 с.
- Гродзовский Г.Л., Иванов Ю.Н., Токарев В.В. Механика космического полёта с малой тягой. М.: Наука, 19бб. б80 с.
- Jansen F., Andreussi T., Bergmann B., Bittner M., Brandt T., Cesarretti G., Damme F., Ehresmann M., Herdrich G., Detsis E., Ferraris S., Funaki I., Funke O., Girard N., Grundmann J.T., Guimaraes L.N.F., Hillebrandt M., Koroteev A.S., Krejci D., Kuijper J.C., Leiter H., Masson F., Maiwald V., Misuri T., Oberst J, Oriol S., Piragino A., Petukhov V., Popov G.A., Pospisil S., Price C., Richter M., Reissner A., Reynders M., Rozhkov M., Schanz L., Schmidt-Tedd B., Semenkin A.V., Solodukhin A.E., Starinova O, Stekl I., Tinsley T., Tosi M.C., Worms J.-C., Wüst S. Humans to Mars: by MARS-plus EUROPA-INPPS Flagship Mission // Proceedings of Global Space Exploration Conference (GLEX 2021), St Petersburg, Russian Federation, 14-18 June 2021. 7p. URL: https://elib.dlr. de/185800/1/GLEX04062021JansenetalMars flagshippaper.pdf (accessed 18.12.2022).
- Jansen F., Bittner M, Damme F., Ehresmann M, Funke O., Grill J., Grundmann J.T., Herdrich G., Hillebrandt M., Leiter H., Maiwald V., Oberst J., Richter M., Reynders M., Schanz L.-C., Schmidt-Tedd B., Wüst S., Worms J.-C., Girard N, Ferraris S., Tosi M.C., Misuri T., Krejci D., Kuijper J., Brandt T, Solodukhin A.E, Petrukovich A., Funaki I., Tinslay T., Guimaräes L.N.F., Gonzalez del Amo J., Schmidt G. Mars-plus Europa-INPPS flagship missions with high power electric thrusters and heavy science payload // 8th Russian-German Conference on Electric Propulsions and their Application (Hybrid), Kaliningrad, Russia, 11-15 April 2021. URL: https://www.researchgate.net/ publication/359403139_Mars-_plus_Europa-INPPS_Flagship_Missions_with_High_Power_ Electric_Thrusters_and_Heavy_Science_ Payload (accessed 18.12.2022).
- Jansen F., Bergmann B., Brandt T., Damme F., Detsis E., Ferraris S., Findlay J.AP, Funaki I., Funke O, Grundmann J.T., Guimaraes L.N.F., Hillebrandt M, Koroteev A.S., Kühn D., Kuijper J.C., Masson F., Maiwald V., Oberst J., Oriol S, Pospisil S., Richter M, Schanz L., Semenkin A.V., Solodukhin A.E., Stekl I., Tinsley T, Tosi M.C., Waldmann Ch, Worms J.-C. MARS/EUROPA INPPS flagship high power space transportation // Proceedings of 70th International Astronautical Congress (IAC), Washington D.C., United States, 21-25 October 2019. URL: https:// www.dfki .de/file admin/user _uplo ad/ import/10731_20191205_MARS _EUR OPA_ INPP S _Flagship _High _P ower _Space _ Transportation.pdf (accessed 18.12.2022).
- Улыбышев Ю.П. Обзор методов оптимизации траекторий космических аппаратов с использованием дискретных множеств псевдоимпульсов // Космическая техника и технологии. 2016. № 4(15). С. 67-79.
- Ловцов А.С., Селиванов М.Ю. Огневые испытания ионного двигателя высокой мощности для перспективных транспортных модулей / / Известия РАН. Энергетика. 2014. № 6. С. 3-9.
- Foster J., Haag T., Patterson M., Williams G.J.Jr., Sovey J.S., Carpenter C., Kamhawi H., Malone S, Elliot F. The high power electric propulsion (HiPEP) ion thruster // Proceedings of 40th AIAA/ ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Fort Lauderdale, Florida, July 11-14, 2004. 12 p. URL: https://ntrs. nasa.gov/api/citations/20040139 4 7 6/ downloads/20040139476.pdf (accessed 18.12.2022).
- Старинова О.Л., Сергаева Е.А., Рожков М.А. Определение оптимального управления движением космического аппарата с электроракетной двигательной установкой, применяя принцип максимума Понтрягина / Свидетельство о праве на интеллектуальную собственность, рег. № 2022617890 от 18.03.2022. Опубликовано: 26.04.2022. Статья поступила в редакцию 15.12.2022 г. Окончательный вариант — 19.12.2022 г.
