Введение к работе
I. Актуальность работы. Работа посвящена исследованию динамики вращалцегося КА с присоединенными к нему длинными упругими стержнями и разработке на основе результатов исследования рекомендаций по выбору проектных параметров КА рассматриваемого типа.
Стабилизация вращением является распространенным способом обеспечения заданного углового положения КА в инерпиальном пространстве, особенно в условиях наличия ограничений на весовые характеристики КА. Этот способ стабилизации нашел широкое применение с запуска самых первых исследовательских ИСЗ. Существенные успехи в области микроминиатюризации космического приборостроения и наблюдаемая на этой основе тенденция к разработке маломассоразмерных КА создают предпосылки к повышению практического интереса к использованию способа стабилизации КА вращением в перспективных проектах.
С началом реализации как в Советском Союзе, так и за рубежом космических программ исследования ионосферы Земли КА стали оснащаться антенными системами на основе упругих трубчатых стержней незамкнутого профиля типа &ТЕМ длиной в десятки метров. При осуществлении зондирования ионосферы с наземных станций в направлении на КА закрутка последнего позволила регистрировать дважды за цикл вращения максимально возможный уровень принимаемого сигнала на каждой дипольной антенне. Одновременно с развитием конструкторских работ возникла и задача научно-методического сопровождения разработки и эксплуатации космических аппаратов нового типа - нежестких вращающихся
материальных систем, в том числе с длинными упругими стержнями.
2. Цель работы. Целью работы является:
разработка математической модели КА и методики ее
исследования;
исследование устойчивости движения КА;
установление причин аномального движения и соответствующей ему конфигурации КА "Космос-142", выработка предложений по обеспечению заданного режима вращения КА этого типа при повторных пусках;
разработка рекомендаций по взаимоувязанному выбору основных проектных параметров вращающихся КА с упругими стержнями.
3. Методы исследования.
Полные системы уравнений движения КА получены с использованием классического аппарата теоретической механики - теоремы об изменении момента количества движения системы и принципа Гамильтона-Остроградского.
Для исследования устойчивости движения привлечены метод Гурвица и (косвенно) численные метода определения корней характеристического полинома, примененные при разработке соответствующего стандартного матобеспечения ЭЦВМ. Кроме того, при анализе устойчивости нерасчетных равновесных форм движения КА использовалось в качестве необходимого условие совмещения оси максимального момента инерции с осью вращения КА, справедливое для материальных систем с диссипацией энергии. Полезным и взаимодополняющим оказалось совместное применение методов исследования устойчивости и метода математического моделирования движения КА.
В решении задачи определения характеристик колебаний стержней задействованы метод Гаусса исключения переменных, метод разделения сложной системы на парциальные системы, метод Ритца решения уравнения частот, метод наименьших квадратов для построения по результатам вычислений аппроксимирующих функций.
4. Научная новизна. Предметом научной новизны являются:
математические модели вращащегося КА с длинными прямоли
нейными упругими стержнями, расположенными в плоскости вращения
КА, для двух вариантов представления упруго-вязких характеристик
стержней - сосредоточенных в точке "присоединения к КА с помощью
сферического упруго-вязкого шарнира и равномерно распределенных
по длине защемленного стержня, полученные для общего случая
расположения точек присоединения стержней в связанных осях КА
и без ограничения на количество стержней;
факт наличия областей неустойчивого движения, соотношения, увязывающие положение границы области устойчивости с инерционными, конструктивными, жесткостными характеристиками КА, количеством стержней;
математические модели нерасчетного равновесного вращения КА с 4-мя стержнями в закритической области движения и результаты исследования его устойчивости.
5. Личный вклад. Автор является ведущим исполнителем работ
по проблеме в части разработки математических моделей КА и их
исследования. Разработка программ для проведения расчетов на
ЭЦВМ, за исключением программы моделирования движения КА,
выполнена автором самостоятельно.
-
Практическая ценность. Разработанный методический материал и результаты исследований могут быть использованы для выбора проектных параметров КА с упругими стержнями, стабилизируемого вращением.
-
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы для объяснения причин нештатного движения КА ДС-У2-И № 2 ("Космос-142") в полетных условиях и проведения доработок конструкторской и эксплуатационной документации на КА, обеспечивших требуемый режим вращения КА ДС-У2-И * 3.
-
Атгробат]тгя работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на заседании секции научно-технического совета КБ "Южное" и семинаре в ИПМ РАН.
-
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 3 научно-технических отчета и I статья.
Ю. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников, приложения с иллюстративным материалом, содержит 149 страниц машинописного текста, включает 38 рисунков и 14 таблиц. Список использованных источников содержит 37 наименований.