Статья

Название статьи СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СИСТЕМ ОРБИТАЛЬНОГО МАНЕВРИРОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ
Автор А.Н. Попов, Н.А. Зеленина
Рубрика РАЗДЕЛ VI. СИНЕРГЕТИКА, КИБЕРНЕТИКА И СИНТЕЗ СИСТЕМ
Месяц, год 05, 2015
Индекс УДК 681.51
DOI
Аннотация Решение большинства задач управления движением искусственных спутников Земли (ИСЗ) невозможно без осуществления орбитального маневрирования. Орбитальным маневрированием называют всякое целенаправленное изменение орбиты ИСЗ. Наибольшее распространение в практике орбитального маневрирования получили импульсные маневры, предполагающие создание мгновенного вектора тяги с помощью маневровых двигателей в определенных точках орбиты движения ИСЗ. Импульсный подход имеет ряд ограничений: зависимость оптимальности перелета от радиуса и значения угла наклонения конечной орбиты, необходимость с целью оптимального расхода топлива осуществлять маневрирование в точках орбиты, где скорость ИСЗ минимальна, и др. Рассматривается применение принципов и методов синергетической теории управления для синтеза алгоритмов управления ИСЗ, обеспечивающих выполнение требуемых орбитальных маневров. Представлены процедуры синергетического синтеза для случая сохранения плоскости исходной орбиты (копланарное маневрирование) и для случая перехода в отличную от исходной орбитальную плоскость (пространственное маневрирование). Параметры желаемой орбиты (радиус, эксцентриситет и углы поворота плоскости орбиты относительно экваториальной плоскости) задаются в виде соответствующих инвариантов движения замкнутой системы, которые в свою очередь входят в структуру формируемых в ходе процедуры синтеза притягивающих инвариантных многообразий. В качестве инвариантов движения ИСЗ используются известные инварианты Кеплера, что позволяет говорить о соответствии разработанных алгоритмов естественным физическим закономерностям. Проведенное компьютерное моделирование полностью подтверждает теоретические выводы. Предлагаемые алгоритмы обеспечивают асимптотическую устойчивость процесса орбитального маневрирования и лишены известных недостатков импульсного маневрирования.

Скачать в PDF

Ключевые слова Искусственные спутники Земли; орбитальное маневрирование; синергетический синтез регуляторов; инварианты движения.
Библиографический список 1. Kaplan, Marshall H. Modern Spacecraft Dynamics and Control. New York, NY: Wiley & Sons. 1976.
2. Der-RenTaur, Victoria Coverstone-Carroll, John E. Prussing. Optimal Impulsive Time-Fixed Orbital Rendezvous and Interception with Path Constraints // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. – 2012. – № 18:1. – Р. 54-60.
3. Dong-Yoon Kim, Byoungsam Woo, Sang-Young Park, Kyu-Hong Choi. Hybrid optimization for multiple-impulse reconfiguration trajectories of satellite formation flying // Advances in Space Research. – 2009. – № 44. – Р. 1257-1269.
4. Thomas Carter, Sergio Alvarez. Four-impulse rendezvous near circular orbit. AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference and Exhibit. – 2012.
5. Бурдаев М.Н. Маневр изменения положения ИСЗ на круговой орбите с использованием поддерживающего ускорения // Программные системы: теория и приложения. – 2013. – № 4 (18). – С. 3-15.
6. Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении: монография. – М.: Наука, 1980. – 512 с.
7. Охоцимский Д.Е., Сихарулидзе Ю.Г. Основы механики космического полета: монография. – М.: Наука, 1990. – 448 с.
8. Иванов Н.М., Лысенко Л.Н. Баллистика и навигация космических аппаратов: монография. – М.: Дрофа, 2004. – 540 с.
9. Рой А. Движение по орбитам. – М.: Мир, 1981. – 544 с.
10. Hiller H. Optimum transfers between non – complanar circular orbits // Planetary and Space Science. – 1965. – Vol. 13, No. 2.
11. Колесникова А.А. Синергетическая теория управления. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 344 с.
12. Колесников А.А. Синергетические методы управления сложными системами: теория системного синтеза. – 2-e изд.. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. – 240 с.
13. Штернфельд А. Искусственные спутники. – 2-е изд. – M.: Гостех-издат, 1958. – 296 c.
14. Hitzl D.L. Computer illustration of Earth satellite orbits // J. Spacecraft and Rockets. – 1974. – Vol. 11, № 5 (AP, 1974, № 33).
15. Белецкий В.В. Движение искусственного спутника относительно центра масс. – M.: Наука, 1965. – 416 c.
16. Chobotov V. Orbital Mechanics. Reston, Virginia, American Institute of Aeronautics and Astronautics. – 2002.
17. Vallado D.A. Fundamentals of Astrodynamics and Applications. Microcosm Press, Hawthorne, CA, 2007.
18. Колесников А.А., Веселов Г.Е., Попов А.Н., Колесников Ал.А., Топчиев Б.В., Мушенко А.С., Кобзев В.А. Синергетические методы управления сложными системами: Механические и электромеханические системы. – 304 с.
19. Колесников А.А. Синергетическая теория управления: концепции, методы, тенденции развития // Известия ТРТУ. – 2001. – № 5 (23). – С. 7-27.
20. Попов А.Н., Зеленина Н.А. Синергетический синтез систем орбитального маневрирования космических аппаратов // Материалы V Международной научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика». – Пятигорск. ФГАОУ ВПО «СКФУ» (филиал) в г. Пятигорске, 2013. В 3-х т. Т. 2. – С. 88-93.
21. Колесников А.А. Синергетическая концепция системного синтеза: единство процессов самоорганизации и управления // Известия ТРТУ. – 2006. – № 6 (61). – С. 10-38.
22. Колесников А.А. Аналитическое конструирование нелинейных агрегированных регуляторов по заданной совокупности инвариантных многообразий. I. Скалярное управление // Электромеханика. – 1987. – № 3.
23. Sabatini M., Bevilacqua R., Pantaleoni M., Izzo D. A Search for Invariant Relative Satellite Motion, accepted for publication in Journal of Non Linear Dynamics and Systems, also Proceedings of the 4th Workshop on Satellite Constellations and Formation Flying, Sao Jose Dos Campos, Brazil, 14-16 February 2005. – P. 222-229.

Comments are closed.