Введение к работе
1. Актуальность работа Практика разработки и создания про-!тых, надежных и недорогих космических аппаратов (КА). несущих гриборы научной аппаратуры (НА) для исследования околоземного іространства, показала, что наиболее предпочтительными являются СА с гравитационной системой ориентации. Основным элементом та-их систем является гравитационный стабилизатор (ГС), представ-гапций собой стержень с грузом на свободном конце. При помощи ГС юрмируются моменты инерции, обеспечивающие ориентацию КА в ор-іитальной системе координат.
В случае, если требования по точности ориентации, предъявля-:мые к КА с гравитационной системой, невысокие (порядка 10 ), іелесообразно в качестве груза на свободном конце ГС использо-іать магнитный успокоитель (МУ), представляющий собой сферу, інутри которой находится сферический поплавок, несущий постоянней магнит. Для обеспечения ориентации КА по курсу (и одновре-іенного увеличения восстанавливающего момента по крену) исполь-;уется вращающийся с постоянной угловой скоростью маховик, кине-ический момент которого в ориентированном положении КА совпада-:т с вектором орбитальной угловой скорости.
Система ориентации, включающая ГС, МУ и маховик, относится к лассу полупассивных систем и получила название магнитно-грави-'ационной системы ориентации (МГСО). Так как восстанавливающие юменты у таких систем сравнительно малы, необходим тщательный інализ и учет возмущающих моментов, в том числе моментов, дей-твующих со стороны приборов НА.
Кроме гравитационного, магнитного, аэродинамического и демп-ярующего моментов, особое место занимают моменты, действующие а КА при деформациях (тепловых и упругих) элементов конструкцій, в состав которых, кроме стержня ГС, могут входить панели например, солнечные батареи), а также стержневые и кольцевые лтенны больших размеров. Поэтому исследование динамики КА с четом температурных деформаций и упругих колебаний элементов инструкции является актуальным.
. Цель работы. Для обеспечения проектных работ по созданию МГСО втоматической универсальной орбитальной станции, ориентирован-
- 4 -ной на Землю, разработать математическую модель и комплекс программ, позволяющих исследовать динамику КА и выбрать параметрь МГСО, обеспечивающие выполнение требований по точности стабилизации.
Учитывая присутствие на КА стержневых элементов, разработать методику и комплекс программ для расчета следующих характеристик: 1) температурных деформаций стержней разомкнутого профиля при орбитальном движении, 2) динамики КА с учетом температурных деформаций ГС и произвольного количества стержневых антенн, 3) динамических моментов, действукщих на КА при температурных деформациях стержней.
Разработать математическую модель, учитывающую упругие колебания произвольного количества стержней и панелей, а также кольцевой антенны. Исследовать устойчивость МГСО с учетом колебаний упругих элементов. Для случая установки на КА произвольного количества одинаковых упругих элементов модифицировать систему уравнений с целью понижения ее порядка.
3. Методы исследования. Полная система динамических уравнений,
полученная на основании теоремы об изменении кинетического мо
мента, а также выведенная из нее в предположении безинерционнос-
ти поплавка МУ упрощенная система уравнений решаются вместе с
кинематическими уравнениями численными методами на ЭВМ. Исследо
вание устойчивости lffCO проводится методами Флоке и Гурвица.
Выбор параметров системы производится с использованием амплитудно-фазовых частотных характеристик. При решении системы уравнений теплового баланса для поперечного сечения стержня разомкнутого профиля используется метод сеток и прогонки.
Вывод системы динамических уравнений КА, несущего произвольное количество упругих элементов, производится для случая системы с конечным числом параметров. Собственные частоты колебаний кольцевой антенны получены расчетным путем и экспериментально.
Программы для расчетов на ЭВМ составлены на языке АЛГОЛ-60 применительно к БЭСМ-6 и "Эльбрус".
4. Научная новизна. Научная новизна выполненной работы заключа
ется в следующем. Разработана комплексная методика исследования
динамики КА, которая позволила решить ряд практических задач,
связанных с проектированием, выбором параметров и оценкой дина
мических характеристик МГСО.
Разработана методика и комплекс программ, позволяющих исследовать в квазистатической постановке температурные деформации стержней разомкнутого профиля при орбитальном движении, динамику МГСО е учетом температурных деформаций ГС и стержневых антенн, а также динамические моменты, действующие на КА при температурных деформациях ГС и антенн.
Разработана математическая модель, учитывающая колебания произвольного количества упругих элементов, и получены выражения для коэффициентов системы динамических уравнений в общем виде. Разработан способ понижения порядка системы уравнений для случая размещения на КА одинаковых упругих элементов. Исследована устойчивость ориентации КА с МГСО с учетом изгибных колебаний стержня ГС.
Применительно к КА Интеркосмос-24 разработана система уравнений и программа для исследования динамики КА с учетом упругих колебаний кольцевой антенны.
-
Личный вклад. При разработке МГСО, установленной на ряде КА, автор был ведущим исполнителем в части исследования динамики КА и выбора параметров системы. Разработка программ для проведения расчетов на ЭВМ выполнена автором самостоятельно.
-
Практическая ценность. Разработанная методика может быть использована при проектировании МГСО с учетом температурных деформаций ГС и длинных антенн, а также упругих колебаний таких элементов конструкции, как стержни, панели и кольца.
-
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при разработке и создании космических аппаратов Ореол-3, Кос-мос-900, 1809, Интеркосмос-1Б, 17-21. 24.
-
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы подтверждены в процессе эксплуатации МГСО в составе КА, запущенных в период с 1976г. по 1989г. По теме диссертации сделаны доклады на секции НТО КБ "Южное" и семинаре в ИПМ АН СССР.
-
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 научно-технических отчета и 2 статьи, три программы включены в Отраслевой Фонд алгоритмов и программ.
10. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четы
рех глав и заключения, содержит НО страниц машинописного текс
та, включает 57 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит
85 наименований.