Механика космического полета

Целью исследования является развитие теоретических основ и методов механики космического полета, необходимых для совершенствования существующих и создания принципиально новых образцов ракетно-космической техники для реализации перспективных космических миссий. Для достижения поставленной цели, за отчетный период были поставлены и решены следующие задачи: 1 Разработка библиотеки программ для вычислений в комплексно-дуальной области. 2 Разработка метода и программного обеспечения для оптимизации возмущенных траекторий космических аппаратов с использованием алгебры комплексно-дуальных чисел. 3 Развитие теоретических основ и методов оптимизации возмущенных импульсных траекторий. 4 Исследование областей существования решений и многоэкстремальности в задаче оптимизации многовиткового орбитального перелета с малой и конечной тягой. 5 Разработка теоретических основ и метода сквозной оптимизации многоцелевых траекторий космических аппаратов с конечной тягой с приложениями к последовательному уводу группы объектов космического мусора или к посещению нескольких малых небесных тел Солнечной системы. 6 Экспериментальное определение коэффициента аккомодации импульса ионов и силы, действующей на мишень, при облучении мишени ионным пучком под различными углами. 7 Исследование динамики пространственного движения транспортируемого ионным пучком пассивного объекта. Для обеспечения решения этой задачи была заказана работа, выполненная сторонней организацией (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский научный центр Российской академии наук (СамНЦ РАН)): разработка программного комплекса, позволяющего определять момент от ионного потока относительно центра масс пассивного объекта в зависимости от его формы, расстояния до источника излучения и других параметров потока, а также распределение плотности отраженного потока по сфере вокруг объекта при сделанных допущениях о характере отражения ионов от поверхности в зависимости от формы и пространственной ориентации объекта. 8 Разработка метода проектирования траекторий возврата от Луны на Землю. Учет требований по старту космического аппарата с поверхности Луны или с окололунной орбиты. Учет требований по посадке возвращаемого аппарата в заданном районе Земли. Анализ проблемы аварийного (срочного) возврата пилотируемого космического аппарата на Землю. 9 Разработка численных методов проектирования квазипериодических гало-орбит вокруг коллинеарных точек либрации и их поддержания. Краткое содержание проведенных исследований 1 Проведены разработка, отладка и тестирование библиотеки программ для вычислений в комплексно-дуальной области и расчета первых и смешанных вторых производных дифференцируемых функций нескольких вещественных переменных. Разработанная библиотека программ использовалась в составе программного обеспечения для оптимизации возмущенных траекторий космических аппаратов. 2 Проведена разработка метода и программно-математического обеспечения для оптимизации возмущенных траекторий космических аппаратов с использованием алгебры комплексно¬дуальных чисел. Проведены тестовые расчеты возмущенных многовитковых траекторий межорбитальных перелетов космических аппаратов с двигателями конечной тяги с использованием разработанного метода и программно-математического обеспечения. 3 Проведен теоретический анализ задачи оптимизации возмущенных импульсных траекторий космических аппаратов. Предложены два варианта методов оптимизации таких траекторий, включая метод продолжения из оптимальной траектории с идеально¬регулируемым двигателем малой тяги в оптимальную импульсную траекторию. 4 Проведена разработка математической модели оптимального движения многовиткового перелета космического аппарата с двигателем конечной (малой) тяги с использованием равноденственных элементов и угловой независимой переменной, обеспечивающая высокую вычислительную устойчивость решения задачи оптимизации траектории. Предложен метод определения области существования решения задачи межорбитального перелета с фиксированной угловой дальностью и свободным (оптимальным) временем перелет на плоскости «удельный импульс - тяга двигательной установки» на основе решения задачи минимизации тяги. Построена область существования решения для тестовой задачи. Проведен численный анализ задачи минимизации тяги и выявлены основные свойства траекторий с минимальной тягой, включая возможность существования нескольких экстремумов рассматриваемой задачи.