Исследование вращения и определение ориентации искусственных спутников научного назначения Пивоваров, Михаил Леонидович

Введение к работе

.Актуальность темы.

Исследование движения искусственных спутников относительно центра масс и определение их фактической ориентации по результатам измерений являются важными задачами, возникавшими на этапе подготовки космических экспариментсj к при обработке поступающей на Земле информации.

Появление новых классов искусственнык спутников требует пост роения новых моделей вращательного движения и исследования возникающих задач механики. Постоянное усложнение физических экспериментов в космосе, повышение точности проводимых на борту измерений диктуют повыиенные требования к точности знания фактической ориентации спутника, требуют совершенствования алгоритмов определения ориентации.

Цель исследования. Диссертация посвящена аналитическому ис следованию задач механики вращательного движения современных иску сствениых спутников, включая анализ систем демпфирования и разработку алгоритмов определения фактической ориентации.

Методы исследования. При исследовании Задач вращательного движения искусственных спутников используртся асимтотичеекпе метг> ды, которые развили в теории возмущений нелинейных систем Н. И Крн лов, Н. Н. Боголюбов. Д.Н.Зубарев. Ю. А. МитропольскиП. В. И. Ропсеов,

При использовании метода осреднения в задачах о движении r-nv тникп относительно центра масс прлменчптсч подходы. р-ппитн-¹ Р.В.Белецким. При исследовании демпфирования враізат»вьн^гч .япш--нич спутников иепользуптся результати Р А ГлрмчеРЯ В -inr..l4;iv

вращении твердого тела с полостями, заполненными жидкостью используются подходы, разработанные Ф. Л. Черноусько.

Научная новизна. Работа содержит следующие новыа результаты.

1. Предложена полуаналитическая методика уточнения ориентации спутника с трехосной стабилизацией с использованием измерений угловых скоростей. Она применена при определении фактической ориентации спутника в проекте "Интеркосмос-Болгарня-ІЗОО".

2. Разработана полуаналитическая методика определения ориентации спутника с использованием измерений датчика угловых скоростей, позволяющая свести задачу х определенно локальной ориентации.

3. Проведено аналитическое исследование плоских вращений маг-нитно-сгао'шшэлроБашюго спутника с демпферами различных типов:

.а) магнитногистерезискьМ стержень с произвольной формой гсег-ли;

б) демпфирование с помощью пассивного маховика^-.

в) жидкостный демпфер.

Получена формулы, описывающее энергию вращения, амплитуду колебании, время перехода в режим колебаний.

4. Исследованы пространственные колебания динамически симмет
ричного магнитно-стабилизированного спутника 5ез ограничении ш
тин орбиты и модель магнитного поля получены формулы для амплитуді
колебании оси симметрии спутника относительно магнитной силової
линии.

5. Исследована в нелинейной постановке эволвдия вращения ди
иамически симметричного спутника с демпфирующим маховиком при на
пичии вязкого трения и, возможно, упругой связи. Получены формул
для угла нутации. Определены оптимальные параметры демпфера.

6. Проведено исследование эволюции вращения спутника под деЛ-
ствием возмущающего момента, включающего постояннуо, линейную по
угловой скорости и квадратичную составляющую.

7. Выполнено аналитическое исследование колебаний твердого
тела с тороидальной полость», заполненной несжимаемой жидкостьп
произвольной вязкости. Получено кнтегро-дифференциальное уравне
ние, описывающее колебания твердого тела и формула для амплитуды
малых колебаний. Определены лтимальиые параметры тороидального
жидкостного демпфера.

8. Проведено экспериментальное исследование колебаний твердого тела с тороидальным жидкостным демпфером, подтвердившее результаты п. 7.

9. Разработаны алгоритмы для первой в СССР бортовой ЭВМ, проводящей автономные навигационные расчеты, в том числе определение ориентации, которая была установлень на ИСЗ "Интеркосмос-24" в проекте "Активный".

10. Разработана система демпфирования и исследовано вращение
магнитно-стабилизированного субспутника "Магион-2" в проекте
"Активный".

Практическая ценность. Результаты -диссертации были непосредственно использованы при подготовке баллистического обеспечения и обработке информации ряда космических проектов: "Интеркосмос Болгария-1300", "Активный", "Апэкс"', "Интербол".

Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах кафедры теоретической механики механико-математического факультета МГУ, на семинарах ИКИ АН ССР. ИПМ АН СССР и ИПНех АН СССР, на 35 конгрессе МАФ (Лозанна. 1984).

Публикации. Основные результати диссертации опубликованы в работах {1 - 16).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, изложена на 201 стр. Диссертация содержит список литературы иэ 138 названий и 28 рисунков.