Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В начале 90-х годов необходимость реализации ых перспективных научно-технических национальных и международных про-ш, связанных с космической отраслью, таких как
создание развитой сети глобальной спутниковой телеграфо-телефонной свя-редств навигации, а также современных высоконадежных ретрансляторов теле-юнных программ;
выполнение национальных и зарубежных научных программ в области ис-гования и освоения космического пространства,
винула на повестку дня задачу не только увеличения массы полезного груза, вы-ямого на околоземную геостационарную орбиту, но и задачу одновременного ода группы космических аппаратов (в частности, спутников ретрансляторов) с эвременным снижением себестоимости выполнения этих работ.
Решение поставленной задачи требует разработки новых подходов к созданию :пытаниям средств разделения (СР) космических аппаратов (КА) и разгонных \J ков (РБ), учитывающих множество неопределенных факторов, формирующих гановку разделения на траектории полета ракеты-носителя (РН), необходимость гкого ограничения наземных испытаний и снижения материальных затрат на актирование и наземную отработку СР, необходимость комплексного решения элемы с использованием основных принципов имитационного и физического елирования: информационной достаточности, параметризации, агрегирования, шзуемости, рационального использования факторного пространства, множест-юсти моделей.
В связи с этим разрабатываемая комплексная методика испытаний средств (еления с использованием имитационных моделей на ранних стадиях проектиро-шив системе наземной отработки, позволяющая повысить конкурентоспособ-гь изделий РКТ на мировом рынке космических услуг, является актуальной.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель исследования заключается в комплексном ении проблемы надежного и безопасного разведения без соударений отработав-:'РБ.от последующих ступеней, реализации требований минимальных возмуще-по компонентам вектора состояния отделяемых частей, в оценке конструктив-и компоновочных решений СР на основе разработки стендовой базы для ком-ссных испытаний средств разделения с интеграцией подсистемы имитационного елирования и системы наземной отработки средств разделения по направлению [много дополнения физических и вычислительных экспериментов.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, выносимые на защиту.
-
Методологическая схема исследования концептуально ориентированной сорности задач, организованная как иерархическая многоуровневая система, по-іяющая достигнуть необходимой точности описания задач разделения, постро-новые математические модели (статистические и имитационные) и выполнять 'ационный анализ процесса разделения аналитически или на ЭВМ.
-
Математическая модель координирующей задачи, формирующая исходные іьіе и математическую модель относительного движения разделившихся ракет-частей.
-
Двухуровневая структура проблемно-ориентированной имитационной сис-»i, построенная с использованием принципа агрегирования.
Уровень агрегатов представлен блоками задач разделения ступеней РН, сброса івного обтекателя, разделения КА и РБ.
Общая схема испытаний средств разделения описывается математической мо-іЮ координирующей задачи, обеспечивающей технологическую последователь-ь реализации агрегатов согласно схеме полета РН "Протон".
Имитационная подсистема моделирования является развивающейся и допус кает включение новых агрегатов (например, задачи старта РН: отвод наземных мг гистралей).
-
Моделирующий алгоритм анализа процессов отделения, универсальный п отношению ко всем известным системам разделения (ракетные двигатели, пружин ные толкатели, специальные устройства крепления КА и РН). Разработана прс граммная реализация.
-
Математическая модель процесса отделения КА от РН с учетом колебани: топлива в баках при действии слабых гравитационных полей.
Предложена методика идентификации модели по фактическим данным, полу ченным из телеметрической информации.
6. Метод учета технологических разбросов параметров при комплексных ис
пытаниях средств разделения:
методологические принципы распознавания состояния КА в условиях неоп ределенности обстановки разделения;
методика вероятностного анализа, позволяющая построить опорные довери тельные области по любой компоненте вектора состояния КА при наличии техноло гических погрешностей при изготовлении элементов конструкции аппаратов и сие тем разделения и их компоновке;
процедуры определения слабой и сильной доверительных трубок;
алгоритмизация и программная реализация метода учета технологически: разбросов параметров.
7. Результаты расчетно-экспериментальной отработки систем разделения:
- техническое обеспечение: разработка функциональной структуры универ
сального рабочего места для испытания средств разделения;
-разработка информационно-управляющего блока универсального рабочей места;
- технологическая схема комплексных испытаний.
8. Результаты внедрения комплексной методики испытания средств разделе
ния с использованием имитационных моделей.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе впервые предложена ме тодологическая схема исследования проблемы, отличающаяся многоуровневым сие темным подходом к синтезу и оценке средств разделения изделий РКТ по направле ниям:
конструктивно-компоновочные решения;
ситуационный анализ схемы полета РН "Протон" (техническое описанш проблемы);
функциональные задачи, выполняемые СР,
что позволило конкретизировать совокупность задач по разработке информативны} математических и имитационных моделей и методик их практического использования.
Отличительной особенностью математической модели координирующей зада чи является доопределение математической модели движения РН силами и момен тами от расстыковки и условиями скачков, формирующих обстановку разделения.
Проблемно-ориентированная имитационная система имеет новые общш принципы построения и отличается организацией "увязки" уровня агрегатов и общей схемы испытаний на основе координирующей задачи, которые обеспечивают технологическую последовательность реализации агрегатов согласно схеме полетг РН "Протон".
Отличительная особенность и новизна моделирующего алгоритма анализ* процессов отделения состоят в инвариантности по отношению к известным систе-
разделения.
Новизна математической модели процесса отделения КА от РН с учетом коле- т топлива в баках при действии слабых гравитационных полей обосновывается тствием в космической отрасли РФ методик, стандартов либо рекомендаций, юляющих моделировать динамику топлива в баках при действующих перегруз-ниже 0,0 lg.
Новизна предложенного метода учета технологических разбросов параметров комплексных испытаниях состоит в возможности получения слабой и сильной ток вектора состояния КА при разделении с учетом характеристик СР; метод ;ет быть использован на ранних стадиях проектирования при проведении срав-гльного анализа вариантов технических решений систем разделения.
Впервые предложены функциональная структура и принципы эксплуатации зерсального рабочего места для испытания средств разделения. Сформирована гологическая схема комплексных испытаний, в рамках которой организуется імодействие подсистемы имитационного моделирования и системы стендовой іботки СР. Разработан информационно-управляющий блок универсального ра-;го места.
Разработанные методики доведены до программной реализации.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Представленные в диссертации результаты »го обоснованы идеями и методами системного анализа, аппаратом имитацион-) моделирования, теорией информации, статистическими методами анализа, тео-\ колебательных систем, в том числе, твердых тел с полостями, частично запол-їьіми жидкостью. Достоверность и обоснованность результатов подтверждается злетворительным совпадением расчетных и экспериментальных параметров, а ке результатами практического использования разработанных методик.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанная комплексная методика ис-аний средств разделения с использованием имитационных моделей (на ранних [иях проектирования и в системе наземной отработки) использована для реше-следующих практических задач.
-
Подсистема имитационного моделирования внедрена в процесс комплекс-испытаний изделия 12КРБ, РН "Протон", РН "Рокот", разгонных блоков "Бриз-"Бриз-КМ".
-
Методика вероятностного анализа внедрена при комплексных и натурных >ітаниях отечественных и зарубежных КА по программам "Астра-IF", Астра-, "Астра-Ш", "Астра-2А", "Панамсат-5", "Иридиум", "Инмарсат", "Телстар-5", істар-6", "Телесат" и др. с использованием ракет-носителей "Протон" и "Рокот".
-
Математическая модель процесса отделения космического аппарата от ра-і-носителя с учетом колебаний жидкости в баках при действии слабых гравита-їньіх полей использована для имитации процесса отделения от РН "Протон" ря-мериканских спутников и индийских КА от РН GSLV.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Комплексный подход к синтезу и оценке ;труктивно-компоновочных схем систем разделения, развитый в методике, вне-і в стандарт предприятия СТП-171-33-94. "Лабораторно-стендовая отработка из-ій. Общие требования, организация и порядок проведения". Результаты исследо-ія процесса разделения ракетных блоков в части создания математических и финских моделей внедрены в руководящие материалы РТМ 38-98. "Методика полу-рного моделирования динамики разделения".
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертации отражено в 7 >тах. Результаты исследований докладывались на двух международных конфе-шях. Материалы диссертации вошли в 45 научно-технических отчетов по тема-
тике КБ "Салют".
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка
литературы ( наименований), изложена на страницах машинописного текста и
иллюстрирована _ рисунками, содержит таблиц и 5 приложений на страницах.
