Оптимизация маневра перевода космического аппарата из одной точки эллиптической орбиты в другую точку той же орбиты

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Анализируется проблема смены орбитальной позиции космического аппарата (КА), находящегося на некоторой эллиптической орбите в ньютоновском гравитационном поле. Предполагается, что КА имеет нерегулируемый двигатель, который может быть включен многократно. Разработан алгоритм определения оптимальной (по критерию минимальной характеристической скорости) схемы перелета. Особое внимание уделяется анализу числа активных участков на траектории перелета и их расположению на витках траектории. Алгоритм базируется на принципе максимума и методе продолжения по параметру. Начальное приближение для схемы перелета находится с использованием траектории оптимального перелета КА с идеально-регулируемой двигательной установкой (двигателем ограниченной мощности). Используется продолжение этой траектории в траекторию перелета для КА с нерегулируемым двигателем. При этом вводится параметр сглаживания функции тяги. На заключительном этапе находятся характеристики оптимальной схемы перелета для КА с нерегулируемым двигателем при релейной функции тяги. Проанализированы свойства оптимальной схемы выполнения рассматриваемого маневра как функции угловой дальности перелета (числа витков траектории перелета) и как функции угла фазирования (угла, характеризующего угловую дальность между точками орбиты, между которыми осуществляется перелет). Показано, что увеличение угловой дальности перелета позволяет значительно уменьшить характеристическую скорость маневра даже при больших углах фазирования.

Об авторах

М. С. Константинов

Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики
Московского авиационного института

Автор, ответственный за переписку.
Email: mkonst@bk.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Konstantinov M.S., Obukhov V.A., Petukhov V.G. et al. Spacecraft station keeping in the Molniya orbit using electric propulsion // Proc. 56th Intern. Astronautical Congress. 17–21 Oct. 2005, Fakuoka, Japan. 2005. Art. ID. IAC-05-C1.1.01. https://doi.org/10.2514/6.IAC-05-C1.1.01
  2. Petukhov V., Ivanyukhin A., Popov G. et al. Optimization of finite-thrust trajectories with fixed angular distance // Acta Astronautica. 2022. V. 197. P. 354–367. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.03.012
  3. Petukhov V. Application of the angular independent variable and its regularizing transformation in the problems of optimizing low-thrust trajectories // Cosmic Research. 2019. V. 57. Iss. 5. P. 351–363. https://doi.org/10.1134/S001095251905006X
  4. Ivanyukhin A., Petukhov V. Optimization of multi-revolution limited power trajectories using angular independent variable // J. Optimization Theory and Applications. 2021. V. 191. Iss. 2. P. 575–599. https://doi.org/10.1007/s10957-021-01853-8
  5. Константинов М.С., Петухов В.Г., Тейн М. Оптимизация траекторий гелиоцентрических перелетов. М.: Изд. МАИ, 2015. 259 с.
  6. Konstantinov M.S., Thein M. Method of interplanetary trajectory optimization for the spacecraft with low thrust and swing-bys // Acta Astronautica. 2017. V. 136. P. 297–311. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.02.018
  7. Константинов М.С., Тейн М. Оптимизация траектории выведения космического аппарата на систему гелиоцентрических орбит // Косм. исслед. 2017. Т. 55. № 3. С. 226–235.
  8. Petukhov V.G. One Numerical Method to Calculate Optimal Power Limited Trajectories // 24th Intern. Electric Propulsion Conf. 19–23 Sept. Moscow. 1995. Art. ID. IEPC-95-221. 7 p.
  9. Петухов В.Г. Метод продолжения для оптимизации межпланетных траекторий с малой тягой // Косм. исслед. 2012. Т. 50. № 3. С. 258–270.
  10. Петухов В.Г. Оптимизация межпланетных траекторий космических аппаратов с идеально-регулируемым двигателем методом продолжения // Косм. исслед. 2008. Т. 46. № 3. С. 224–237. (Cosmic Research. P. 219–232.)https://doi.org/10.1134/S0010952508030052
  11. Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П. и др. Механика космического полета / под ред. В.П. Мишина. М.: Машиностроение, 1989. 410 с.

© М.С. Константинов, 2023