Баллистика и навигация космических аппаратов (3-е издание)

Баллистика и навигация космических аппаратов (3-е издание)
Н.М. Иванов, Л.Н. Лысенко
  • Год:
    2016
  • Тип издания:
    Учебник
  • Объем:
    528 стр. / 42.9 п.л
  • Формат:
    70x100/16
  • ISBN:
    978-5-7038-4340-6
  • Читать Online

Ключевые слова: Delta-DOR, ГЛОНАСС, аэродинамическое торможение, баллистика, баллистическое обеспечение, возмущенное движение, коррекции, космические аппараты, маневры, международная космическая станция, навигация, невозмущенное движение, оптимальное управление, орбитальные группировки, орбиты, планеты, прогнозирование движения, спуск с орбиты, спутники, спутниковая навигация, точки либрации, уклонение, управление спуском

Изложены теоретические основы и методы решения практически значимых прикладных задач баллистики и навигации космических аппаратов. Показано, что баллистико-навигационное обеспечение полета и баллистические характеристики космических аппаратов в значительной степени определяются целевым назначением, зависят от действующих технических ограничений, а также физических условий космического пространства и (или) атмосфер планет, в которых происходит движение космических аппаратов. Рассмотрены основные тенденции развития и разработка алгоритмов решения задач баллистико-навигационного обеспечения оперативного управления полетом. Описаны последние достижения в области теории и практики решения задач космической баллистики. Содержание учебника соответствует комплексному курсу лекций, читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки "Ракетостроение и космонавтика".

ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел I. Орбитальное движение космических аппаратов
Глава 1. Условия и окружающая среда космического полета
1.1. Вселенная (Космос)
1.2. Солнечная система
1.3. Солнце
1.4. Земля и околоземное пространство
1.5. Планеты земной группы
1.6. Планеты-гиганты (планеты юпитеровой группы)
1.7. Карликовая планета Плутон и ее спутник Харон
1.8. Приближение модели атмосфер планет
1.9. Спутники и кольца планет
1.10. Астероиды и кометы
1.11. Метеоры и метеориты
1.12. Межпланетная среда
1.13. Космический мусор
Глава 2. Невозмущенное движение
2.1. Математическая модель невозмущенного движения космического аппарата
2.2. Интеграл площадей
2.3. Интеграл "живых сил" (интеграл энергии)
2.4. Интегралы Лапласа
2.5. Шестой интеграл уравнений невозмущенного движения
2.6. Определение произвольных постоянных
2.7. Переход к орбитальным координатам
2.8. Кеплеровы элементы невозмущенного движения
2.9. Общие свойства невозмущенного движения
2.10. Эллиптическое движение
2.11. Круговые орбиты, сфера действия
2.12. Некоторые практические задачи
2.13. Параболические орбиты
2.14. Гиперболические орбиты
Глава 3. Возмущенное движение
3.1. Общая характеристика возмущений и возмущенного движения
3.2. Задача n тел и методы ее решения
3.3. Ограниченная задача трех тел и ее прикладные аспекты
3.4. Гравитационные сферы
3.5. Метод оскулирующих элементов
3.6. Система дифференциальных уравнений движения в оскулирующих элементах
3.7. Оценка изменений оскулирующих элементов
3.8. Возмущения, вызываемые нецентральностью поля тяготения Земли
3.9. Возмущения, вызываемые сопротивлением атмосферы
3.10. Возмущения, вызываемые притяжением Солнца и Луны
3.11. Возмущения, вызываемые давлением солнечного света
3.12. Влияние начальных возмущений на движение искусственного спутника Земли по круговой орбите
3.13. Время существования космического аппарата на орбите искусственного спутника Земли
Глава 4. Межпланетные перелеты
4.1. Основные требования, предъявляемые к схемам полета
4.2. Формирование межпланетных орбит
4.3. Формирование орбит с использованием гравитационных маневров
4.4. Классификация схем полета
4.5. Введение в формирование баллистических схем межпланетных полетов с использованием точек либрации
4.6. Формы моделей движения задачи трех тел, используемые при синтезе орбит, проходящих в окрестностях точек либрации
4.7. Анализ допустимых движений
4.8. Определение положения точек либрации
4.9. Структура фазового пространства задачи трех тел в окрестности коллинеарных точек либрации
4.10. Пространственное движение в окрестности точек либрации
4.11. Построение инвариантных многообразий
4.12. Расчетная схема построения двухимпульсных перелетов

Раздел II. Определение орбит космических аппаратов
Глава 5. Определение невозмущенной орбиты по заданным условиям движения
5.1. Определение орбиты по положению и скорости космического аппарата в начальный момент времени
5.2. Определение орбиты по двум фиксированным положениям космического аппарата и фокальному параметру
5.3. Метод Гаусса для нахождения фокального параметра орбиты
5.4. Нахождение элементов орбиты по двум фиксированным положениям космического аппарата
5.5. Определение орбиты по двум фиксированным положениям методом Ламберта - Эйлера
Глава 6. Определение орбиты и вектора состояния космического аппарата по внешнетраекторным измерениям
6.1. Анализ технической реализуемости измерений состояния космического аппарата различными средствами
6.2. Схемы измерений
6.3. Ошибки измерений
6.4. Обобщенная постановка задач определения параметров движения космического аппарата по результатам измерений
6.5. Вычислительные аспекты определения параметров движения космического аппарата
6.6. Повышение оперативности обработки измерений текущих навигационных параметров
6.7. Методы последовательного определения вектора состояния космического аппарата в условиях априорной неопределенности
6.8. Некорректность постановки и решения классических задач оперативного определения вектора состояния космического аппарата по результатам измерений
Глава 7. Прогнозирование движения космических аппаратов
7.1. Прогнозирование движения искусственного спутника Земли методами численного интегрирования
7.2. Аналитические методы прогнозирования движения искусственных спутников Земли
7.3. Прогнозирование движения межпланетных космических аппаратов

Раздел III. Введение в теорию спутниковой навигации
Глава 8. Общие принципы построения и элементы баллистического обеспечения спутниковых навигационных систем
8.1. Кинематические характеристики спутниковой навигационной системы
8.2. Требования, предъявляемые к орбитальной структуре спутниковой навигационной системы
8.3. Упрощенное определение структуры орбитальной группировки спутников геометрическим методом
8.4. Общая постановка задачи баллистического проектирования орбитальных структур спутниковой системы
8.5. Особенности построения орбитальных группировок спутниковых навигационных систем второго поколения
8.6. Методы оценки влияния эволюции орбитальной структуры и управление спутниковыми навигационными системами
8.7. Численная интегральная оценка устойчивости орбитальной группировки ГЛОНАСС и анализ влияния возмущающих факторов на ее деградацию
Глава 9. Методы синтеза и погрешности реализации навигационных функций при использовании спутниковой радионавигационной системы
9.1. Основы построения алгоритмов навигационных определений
9.2. Понятия об алгоритмах решения навигационных задач по выборке одновременных измерений и выборке нарастающего объема
9.3. Применение метода поверхностей положения для оценивания свойств навигационных функций
9.4. Показатели суммарной точности навигационных определений
9.5. Принципы синхронизации временных шкал

Раздел IV. Межорбитальные и локальные маневры космических аппаратов
Глава 10. Маневры орбитального перехода
10.1. Характеристики маневров, выполняемых под действием импульсной силы
10.2. Энергетические затраты на импульсное изменение элементов орбиты и условия их минимизации
10.3. Общий подход к решению задач оптимизации управления маневрами космических аппаратов на околокруговых орбитах
10.4. Основные виды импульсных орбитальных переходов космического аппарата
Глава 11. Корректирующие маневры
11.1. Элементы теории малых возмущений
11.2. Корректируемые параметры
11.3. Понятие об области рассеивания в пространстве корректируемых параметров
11.4. Математические основы двухпараметрической коррекции
11.5. Однопараметрическая коррекция
11.6. Связанные коррекции
11.7. Аналитическое определение корректирующих воздействий при различных составах управляемых параметров
11.8. Особенности постановки задачи определения характеристик стохастической коррекции
Глава 12. Навигационное обеспечение и автономная навигация при выполнении межорбитальных маневров космических аппаратов
12.1. Особенности решения навигационной задачи при автономном выполнении межорбитальных маневров
12.2. Моделирование базисных направлений и получение навигационной информации с помощью астрономических, гироскопических датчиков и комплексных навигационных систем пилотируемых и беспилотных космических аппаратов
12.3. Методические погрешности ошибок построителей базисных направлений и методы повышения точности измерений при решении навигационных задач
12.4. Применение высокоточных радиоинтерферометрических измерений Delta-DOR для межпланетной навигации
Глава 13. Маневры сближения и встреча космических аппаратов на орбите
13.1. Уравнения относительного движения космических аппаратов
13.2. Начальные условия для обеспечения встречи
13.3. Ближнее наведение с учетом действия относительного гравитационного ускорения
13.4. Математические основы методов ближнего наведения без учета действия относительного гравитационного ускорения
13.5. Измерение и оптимальное оценивание параметров сближения при выполнении локальных маневров космических аппаратов
13.6. Синтез стратегий сближения на основе теории нечеткого управления

Раздел V. Снижение и посадка космических аппаратов на поверхность планет
Глава 14. Спуск космического аппарата с орбиты искусственного спутника Земли
14.1. Общая схема спуска космического аппарата с использованием аэродинамического торможения
14.2. Внеатмосферный участок спуска
14.3. Участок основного аэродинамического торможения
14.4. Участок мягкой посадки
14.5. Скользящий спуск
14.6. Планирующий спуск
Глава 15. Особенности спуска на поверхность Земли с лунных и межпланетных траекторий возвращения
15.1. Коридор входа
15.2. Возвращение от Луны
15.3. Вход с гиперболическими скоростями
15.4. Управление спускаемым аппаратом на гиперболических траекториях возвращения
15.5. Принципы организации управления спуском
15.6. Описание алгоритма работы системы управления спуском на гиперболических траекториях
Глава 16. Особенности спуска космического аппарата в атмосферах планет
16.1. Основные подходы к проведению исследований
16.2. Характеристики процесса спуска в атмосфере Марса
16.3. Требования, предъявляемые к спускаемому аппарату при посадке на Марс
16.4. Упрощение основной задачи спуска
16.5. Оптимальное управление космическим аппаратом на участке реактивного торможения
16.6. Оптимальное управление космическим аппаратом на парашютно-реактивном участке спуска
16.7. Оптимальное управление космическим апаратом на участке основного аэродинамического торможения
16.8. Спуск в атмосфере Юпитера
16.9. Анализ траекторий спуска с постоянным качеством
16.10. Управляемый спуск космического аппарата в атмосфере Юпитера

Раздел VI. Баллистико-навигационное обеспечение управления полетом космических аппаратов
Глава 17. Технологии управления космическим полетом и место баллистико-навигационного обеспечения в общем контуре управления
17.1. Краткий анализ технологий и средств управления полетом космического аппарата
17.2. Оценка возможностей методов и принципов формирования технологических циклов управления
17.3. Структура и задачи автоматизированной системы баллистико-навигационного обеспечения беспилотных космических средств
17.4. Математическая модель функционирования автоматизированной системы управления технологическим циклом баллистико-навигационного обеспечения
17.5. Организационно-технические аспекты использования баллистико-навигационного обеспечения
Глава 18. Методические особенности решения баллистико-навигационных задач при оперативном управлении космическим аппаратом
18.1. Специальное программно-математическое обеспечение решения задач баллистико-навигационного обеспечения и расчет стандартной баллистической информации
18.2. Общая постановка задач оперативного определения параметров управления маневрами космического аппарата
18.3. Расчет параметров управления маневрами уклонения космического аппарата от поражающего действия космического мусора
18.4. Некоторые особенности решения задач расчета маневров и коррекций траекторий при выведении космического аппарата в точку встречи
18.5. Поддержание заданной высоты орбиты международной космической станции
18.6. Баллистико-навигационное обеспечение спуска космического аппарата
Глава 19. Баллистико-навигационное обеспечение возвращения на землю космических аппаратов, выработавших свой ресурс
19.1. Постановка задачи спуска с орбиты космических аппаратов, выработавших ресурс
19.2. Анализ возможных вариантов стратегий спуска
19.3. Управление полетом орбитального комплекса "Мир" на завершающем этапе его работы
19.4. Практическая реализация завершающих динамических операций по спуску орбитального комплекса "Мир"

Авторы работы: Иванов Н.М., Лысенко Л.Н.