RU2490181C1 - Method of control over active space object to be docked to passive space object - Google Patents

Method of control over active space object to be docked to passive space object Download PDF

Info

Publication number
RU2490181C1
RU2490181C1 RU2012114055/11A RU2012114055A RU2490181C1 RU 2490181 C1 RU2490181 C1 RU 2490181C1 RU 2012114055/11 A RU2012114055/11 A RU 2012114055/11A RU 2012114055 A RU2012114055 A RU 2012114055A RU 2490181 C1 RU2490181 C1 RU 2490181C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
orbit
ako
space object
approach
pulses
Prior art date
Application number
RU2012114055/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рафаил Фарвазович Муртазин
Юрий Николаевич Борисенко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2012114055/11A priority Critical patent/RU2490181C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2490181C1 publication Critical patent/RU2490181C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to space engineering and may be used for docking of two space objects, one active and another passive. Active space objected is placed in reference orbit to define characteristics of approach pulses via nominal parameters of said reference orbit to be applied to active space object in initial orbit. Then, characteristics of approach pulses are defined from actual parameters of active space object and applied to next orbits.
EFFECT: faster approach to passive space object.
3 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемый способ управления может быть использован в космической технике при сближении и последующей стыковке двух космических объектов, находящихся на околокруговой орбите небесного объекта, например пилотируемого космического корабля, выводимого ракетоносителем (РН) в качестве активного космического объекта (АКО) и международной космической станцией (МКС), в качестве пассивного космического объекта (ПКО).The proposed control method can be used in space technology during the approach and subsequent docking of two space objects located in a near-circular orbit of a celestial object, for example, a manned spacecraft launched by a carrier rocket (LV) as an active space object (AO) and the international space station (ISS) , as a passive space object (FFP).

Известен способ управления, выбранный в качестве аналога, в котором для обеспечения сближения и последующей стыковке двух космических объектов, АКО выводится в плоскость орбиты ПКО. Как правило, средняя высота орбиты ПКО находится выше средней высоты орбиты выведения АКО и поэтому после выведения и определения параметров орбиты выведения проводится расчет первых двух импульсов сближения, с помощью которых АКО переводится на так называемую орбиту фазирования, на которой осуществляется ликвидация начального углового рассогласования между двумя объектами. Это происходит вследствие того, что угловая скорость вращения вокруг небесного тела у АКО выше, чем у ПКО. После нескольких витков (число определяется выбранной баллистической схемой сближения) и определения текущих параметров орбиты проводится расчет двухимпульсного маневра, с помощью которого АКО переводится в окрестность ПКО, где сближение завершается автоматической стыковкой. Такой способ управления активным кораблем, применяемый при сближении и стыковке пилотируемых и грузовых АКО с МКС, требует выведения активного корабля в плоскость орбиты МКС [1]. При этом начальный фазовый угол между космическими объектами произволен, что требует определенного времени для его ликвидации. Кроме того определенное время при этом способе затрачивается на выполнение стандартных технологических операций, таких как определение орбиты по данным радиоконтроля орбиты с наземных измерительных пунктов (НИП) и последующее определение характеристик импульсов сближения в Центре управления полетом, а также передача полученных данных в бортовой вычислительный комплекс (БВК) АКО. Из-за ограничений по зонам видимости НИПов, т.к. только часть полетных витков наблюдаемы, приходится разбивать проведение таких технологических операций на несколько суток, привязывая их к зонам видимости. Это, в свою очередь, требует увеличения автономного полета АКО до стыковки (в настоящее время это составляет около 34 витков или почти 50 часов). Данное обстоятельство приводит к дополнительной нагрузке на экипаж пилотируемого АКО, вынужденного продолжительное время находиться в стесненных условиях ограниченного объема космического корабля и практически совсем неприемлемо при реализации спасательной миссии на МКС, когда фактор времени сближения становится решающим.A known control method, selected as an analogue, in which to ensure convergence and subsequent docking of two space objects, the AKO is displayed in the plane of the orbit of the FFP. As a rule, the average FBO orbit height is higher than the average height of the AKO orbit, and therefore, after the derivation and determination of the parameters of the orbit, the first two approach pulses are calculated, with which the AKO is transferred to the so-called phasing orbit, at which the initial angular mismatch between the two objects. This is due to the fact that the angular velocity of rotation around the celestial body in AKO is higher than in FFP. After several turns (the number is determined by the selected approach ballistic scheme) and determination of the current orbit parameters, a two-pulse maneuver is calculated, with which the AKO is transferred to the vicinity of the FFP, where the approach is completed by automatic docking. This method of controlling an active spacecraft, used when approaching and docking manned and cargo spacecraft with the ISS, requires that the active spacecraft be brought into the orbit of the ISS [1]. In this case, the initial phase angle between space objects is arbitrary, which requires a certain time for its elimination. In addition, a certain amount of time with this method is spent on performing standard technological operations, such as determining the orbit from the data of the radio monitoring of the orbit from ground-based measuring points (NPCs) and the subsequent determination of the characteristics of the convergence pulses in the Flight Control Center, as well as transmitting the received data to the on-board computer complex ( BVK) AKO. Due to restrictions on the visibility zones of NPCs, as only a part of the flight turns are observable, it is necessary to divide the implementation of such technological operations into several days, tying them to visibility zones. This, in turn, requires an increase in autonomous AKO flight before docking (currently it is about 34 turns or almost 50 hours). This circumstance leads to an additional load on the crew of a manned missile, forced to stay in the cramped conditions of a limited spacecraft for a long time and is almost completely unacceptable when implementing a rescue mission on the ISS, when the approach time factor becomes decisive.

Известен способ управления движением АКО, стыкуемого с ПКО, выбранный в качестве прототипа. Этот способ разработан для проведения сближения американского АКО «Джемини-11» с третьей ступенью РН «Аджена» за короткое время в течение одного витка. Используя выгодное расположение стартовой позиции космодрома на мысе Канаверал с районами падения первой и второй ступени РН, находящимися в Атлантическом Океане, вначале выводился ПКО в восходящую часть витка орбиты с наклонением 28.84°. Затем, через виток, но уже в нисходящую часть витка на опорную орбиту, совпадающую с плоскостью орбиты ПКО, выводился АКО «Джемини-11» с заданным угловым рассогласованием между объектами около 4°. Такой начальный фазовый угол позволял завершить фазирование АКО и оказаться в окрестности ПКО за один виток. Через 50 минут после выведения АКО «Джемини-11» оказался в апогее своей орбиты и примерно в 50 км позади от ПКО в зоне действия бортового радиолокатора сближения, позволяющего получить фактические параметры относительного вектора состояния АКО в орбитальной системе, связанной с ПКО. После приложения импульсов сближения, характеристики которых были получены по фактическому вектору состояния, АКО приводился в окрестность ПКО. Данный полет завершился успешной стыковкой АКО «Джемини-11» со ступенью РН «Аджена» через 1 час 34 минуты после выведения, что на сегодняшний момент является лучшим результатом в пилотируемой космонавтики [2].A known method of controlling the movement of AKO, mating with FFP, selected as a prototype. This method was developed for the rapprochement of the American Gemini-11 AKO with the third stage of the Agen launch vehicle in a short time during one revolution. Using the advantageous location of the launch site of the cosmodrome at Cape Canaveral with the first and second stage launch sites located in the Atlantic Ocean, the FFP was first displayed in the ascending part of the orbit with an inclination of 28.84 °. Then, through the orbit, but already in the descending part of the orbit, to the reference orbit coinciding with the orbital plane of the FFP, the Gemini-11 AO was displayed with a given angular mismatch between objects of about 4 °. Such an initial phase angle made it possible to complete the phasing of the AKO and to be in the vicinity of the ASW in one turn. 50 minutes after the launch, the Gemini-11 spacecraft was at the peak of its orbit and about 50 km behind the ASC in the zone of operation of the onboard radar of proximity, which allows one to obtain the actual parameters of the relative state vector of the AEC in the orbital system associated with the AEC. After the application of approach pulses, the characteristics of which were obtained from the actual state vector, the AKO was brought into the vicinity of the FFP. This flight ended with a successful docking of the Gemini-11 spacecraft with the Agena rocket stage 1 hour 34 minutes after the launch, which is by far the best result in manned space exploration [2].

Основным недостатком такого способа управления является то, что его реализация возможна лишь при последовательном запуске ПКО и АКО на орбиту с фиксированным наклонением за определенное время для обеспечения необходимого начального фазового угла между объектами с большой точностью ±0.5°. В случае же со сближением и стыковкой с МКС или другим ПКО, уже находящемся на орбите, обеспечение необходимого начального фазового угла потребует от ПКО проведения многочисленных последовательных коррекций перед стартом АКО для формирования орбиты стыковки с необходимой точностью. Учитывая интенсивный график полетов к МКС космических кораблей, обеспечивающих транспортные операции, такое предстартовое формирование орбиты МКС потребует дополнительно большого количества топлива на проведение маневров. Резервная дата старта АКО при формировании фазового диапазона ±0.5° практически нереализуема. В случае же проведения миссии корабля-спасателя, подготовка условий для быстрого сближения потребует слишком много времени, несопоставимого со временем полета к ПКО [3].The main disadvantage of this control method is that its implementation is possible only by sequentially launching the FFP and AKO into orbit with a fixed inclination for a certain time to provide the necessary initial phase angle between objects with high accuracy of ± 0.5 °. In the case of approaching and docking with the ISS or another FFP already in orbit, providing the necessary initial phase angle will require the FFP to make numerous consecutive corrections before the start of the AKO to form the docking orbit with the necessary accuracy. Given the intensive schedule of flights to the ISS for spacecraft providing transport operations, such a prelaunch formation of the ISS orbit will require an additional large amount of fuel for maneuvers. The backup start date for AKO during the formation of the phase range of ± 0.5 ° is practically unrealizable. In the case of the mission of the rescue ship, preparing the conditions for a quick rapprochement will require too much time, incomparable with the flight time to the FFP [3].

Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности сближения до трех витков с ПКО, находящемся на орбите длительное время с расширением значения фазового диапазона до 20°, позволяющем обеспечить дату старта АКО без проведения дополнительных коррекций на ПКО.The technical result of the invention is to reduce the duration of the approach to three turns with a FFP in orbit for a long time with the expansion of the phase range to 20 °, which allows to ensure the launch date of the AKO without additional corrections to the FFP.

Технический результат достигается благодаря тому, что в способе управления движением активного космического объекта, стыкуемого с пассивным космическим объектом, включающем выведение активного космического объекта на опорную орбиту, определение характеристик импульсов сближения и последующее приложение импульсов сближения к активному космическому объекту, в отличие от известного, предварительно производят определение характеристик l импульсов сближения по номинальным параметрам опорной орбиты выведения, где l=1, 2, …, которые прикладывают на первом витке после выведения, затем, определяют характеристики m импульсов сближения по фактическим параметрам орбиты активного космического объекта, где m=1, 2, …, которые прикладывают на последующих витках сближения.The technical result is achieved due to the fact that in the method of controlling the motion of an active space object that is docked with a passive space object, including the launch of the active space object into the reference orbit, the determination of the characteristics of the approach pulses and the subsequent application of the approach pulses to the active space object, in contrast to the known, previously determine the characteristics l of the approach pulses from the nominal parameters of the reference orbit of the derivation, where l = 1, 2, ..., which are dyval the first coil after the removal, and then determine the characteristics of the convergence m of pulses of the actual parameters of the orbit of the active object space, where m = 1, 2, ..., which is applied in subsequent convergence coils.

Технический результат в предлагаемом способе управления достигается за счет того, что переход на фазирующую орбиту начинается практически сразу после выведения на опорную орбиту с использованием l импульсов сближения, характеристики которых предварительно определены в соответствии с номинальными параметрами опорной орбиты выведения АКО. В этом случае не требуется времени на ожидание определения фактических параметров опорной орбиты выведения АКО.The technical result in the proposed control method is achieved due to the fact that the transition to the phasing orbit begins almost immediately after launching into the reference orbit using l approach pulses, the characteristics of which are predefined in accordance with the nominal parameters of the reference orbit of the AKO launch. In this case, no time is required to wait for the determination of the actual parameters of the reference orbit of the launch of the AKO.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3 и табл.1, где на фиг.1 показана схема сближения АКО «Союз-ТМА» с МКС,The invention is illustrated in figures 1-3 and table 1, where figure 1 shows the proximity of AKO "Soyuz-TMA" with the ISS,

на фиг.2 приведена циклограмма проведения основных технологических операций при сближении АКО «Союз-ТМА» с МКС при существующей двухсуточной схеме сближения,figure 2 shows the sequence diagram of the basic technological operations during the approximation of the Soyuz-TMA with the ISS with the existing two-day approach scheme,

на фиг.3 приведена циклограмма проведения основных технологических операций при реализации предлагаемого способа в трехвитковой схеме сближения,figure 3 shows the sequence diagram of the basic technological operations during the implementation of the proposed method in a three-turn proximity circuit,

в табл.1 представлены результаты расчетов по точностям, определяемым отклонениями от прицельного вектора состояния в прицельной точке сближения и расходу топлива, выраженному в характеристической скорости (в м/сек) при использовании предлагаемого способа в трехвитковой схеме сближения в сравнении с существующей двухсуточной схемой сближения.Table 1 presents the results of calculations based on accuracy determined by deviations from the aiming state vector at the aiming point of convergence and fuel consumption, expressed in characteristic speed (in m / s) when using the proposed method in a three-turn approaching scheme in comparison with the existing two-day approaching scheme.

На фиг.1 показана известная схема выведения, например АКО «Союз-ТМА» на целевую орбиту, совпадающую с плоскостью орбиты ПКО на примере МКС. После выведения начальный фазовый угол Ф между АКО и ПКО ликвидируется за счет перехода АКО на орбиту фазирования (поз.1) с помощью двухимпульсного маневра (V1 и V2) и последующего полета на этой орбите вплоть до начала автономного участка, обеспечивающего переход в окрестность МКС также за счет проведения двухимпульсного маневра (V3 и V4).Figure 1 shows a well-known launching scheme, for example, Soyuz-TMA, to the target orbit, coinciding with the orbital plane of the FFP using the example of the ISS. After the withdrawal, the initial phase angle Φ between the AKO and the FAC is eliminated due to the transition of the AKO to the phasing orbit (item 1) using a two-pulse maneuver (V 1 and V 2 ) and the subsequent flight in this orbit until the start of the autonomous section, providing a transition to the vicinity The ISS also due to the two-pulse maneuver (V 3 and V 4 ).

На фиг.2 в качестве примера представлена циклограмма проведения основных технологических операций при реализации двухсуточной схемы сближения АКО «Союз-ТМА» с МКС. Как видно из этого рисунка сразу после выведения (поз.1), проводится определение орбиты на двух витках, после чего в зоне видимости третьего витка (поз.2) вводятся данные на первый двухимпульсный маневр (V1 и V2) сближения (поз.3), обеспечивающий переход АКО на орбиту фазирования. Далее через сутки эта технологическая цепочка, состоящая из определения орбиты АКО, закладки данных на маневр и исполнение маневра, повторяется с выдачей корректирующего импульса Vкор (поз.4). Цель импульса Vкор - ликвидировать ошибки в прогнозе вектора состояния АКО, накопившиеся за первые сутки полета. Еще через сутки эта технологическая цепочка вновь повторяется с выполнением второго двухимпульсного маневра (V3 и V4) (поз.5) после чего АКО «Союз-ТМА оказывается в окрестности МКС и начинается автономный участок полета (поз.6).Figure 2 shows, as an example, a sequence diagram of the main technological operations during the implementation of the two-day approach circuit of the Soyuz-TMA ACS with the ISS. As can be seen from this figure, immediately after the removal (pos. 1), the orbit is determined on two turns, after which, in the visibility zone of the third turn (pos. 2), data are entered on the first two-pulse approach maneuver (V 1 and V 2 ) (pos. 3), ensuring the transition of AKO to the phasing orbit. Then, in a day, this technological chain, consisting of determining the orbit of the AKO, storing data for the maneuver and performing the maneuver, is repeated with the issuance of a correcting impulse V cor (item 4). The purpose of the impulse V cor is to eliminate errors in the forecast of the state vector of AKO accumulated during the first day of the flight. A day later, this technological chain is repeated again with the second two-pulse maneuver (V 3 and V 4 ) (pos. 5), after which the Soyuz-TMA is in the vicinity of the ISS and an autonomous flight section begins (pos. 6).

На фиг.3 представлена циклограмма предлагаемого способа в трехвитковой схеме сближения. В отличие от двухсуточной схемы переход на орбиту фазирования происходит сразу после выведения (поз.1) и последующего окончания зоны НИПов на 1-ом витке (поз.2). При этом используется два импульса (l=1, 2) для перехода на фазирующую орбиту (V1 и V2) (поз.3). Данные по времени проведения и характеристикам импульсов маневра для перехода на фазирующую орбиту рассчитываются по вектору состояния ПКО и номинальному вектору выведения АКО и заносятся в полетное задание АКО непосредственно перед запуском РН с АКО или передаются в БВК АКО сразу после выведения на опорную орбиту. Место расположения первых двух импульсов находится между зонами НИПов первого и второго суточных витков. Это позволяет с одной стороны определить истинные параметры выведения АКО на опорную орбиту без возмущающих импульсов, а с другой стороны обеспечить передачу в БВК АКО текущего вектора состояния и характеристики двух корректирующих импульсов m=1, 2 (V3 и V4) (поз.4). Необходимость введения в схему сближения и последующего выполнения двух корректирующих импульсов m=1, 2 (V3 и V4) образуется вследствие отличия реальной опорной орбиты выведения АКО и номинальной опорной орбиты выведения, что приводит к появлению шестимерного вектора промаха в прицельной точке сближения. Так как каждый импульс корректирующего маневра имеет три составляющие, то два импульса позволяют полностью ликвидировать все шесть параметров вектора промаха. Зона проведения двух корректирующих импульсов располагается между концом зоны видимости НИПов на втором суточном витке и началом автономного участка сближения и должна составлять не менее полвитка. Длительность зоны не менее полвитка обосновывается тем, что необходимо ликвидировать боковое рассогласование между реальной орбитой АКО и орбитой ПКО. Так как оптимальной точкой для этой операции является одна из двух точек пересечения обоих орбит (АКО и ПКО) [4], длительность зоны для выполнения импульсов в полвитка полностью гарантирует нахождение в нем этой точки. Корректирующие импульсы m=1, 2 (V3 и V4) рассчитываются по фактическому вектору выведения АКО, полученному по измерениям орбиты в зоне видимости НИПов на первом суточном витке с учетом номинального исполнения первых двух фазирующих импульсов l=1, 2 (V1 и V2). По окончанию выполнения корректирующих импульсов m=1, 2 (V3 и V4) АКО оказывается в окрестности МКС и начинается автономный участок (поз.5) аналогичный представленному на фиг.2, с выполнением оставшихся импульсов m=3,4,5…Figure 3 presents the sequence diagram of the proposed method in a three-turn proximity circuit. In contrast to the two-day scheme, the transition to the phasing orbit occurs immediately after the withdrawal (pos. 1) and the subsequent end of the NPC zone at the 1st turn (pos. 2). In this case, two pulses (l = 1, 2) are used to transfer to the phasing orbit (V 1 and V 2 ) (item 3). Data on the timing and characteristics of the maneuver pulses for transition to the phasing orbit are calculated by the FMS state vector and the nominal AKO launch vector and are entered into the AKO flight mission immediately before the launch of the LV with the AKO or transferred to the IAC AKO immediately after the launch to the reference orbit. The location of the first two pulses is located between the zones of the NPCs of the first and second daily turns. This allows one, on the one hand, to determine the true parameters of launching the AKO into the reference orbit without disturbing pulses, and, on the other hand, to ensure the transmission of the current state vector and characteristics of two correcting pulses m = 1, 2 (V 3 and V 4 ) to the BVK AKO (pos. 4 ) The need for introducing into the approach circuit and subsequent execution of two correcting pulses m = 1, 2 (V 3 and V 4 ) is formed due to the difference between the real reference orbit of the AKO and the nominal reference orbit of the lead, which leads to the appearance of a six-dimensional slip vector at the aiming point of convergence. Since each pulse of the corrective maneuver has three components, then two pulses make it possible to completely eliminate all six parameters of the miss vector. The zone of two correcting impulses is located between the end of the visibility zone of NIPs at the second daily turn and the beginning of the autonomous approach section and should be at least half a turn. The length of the zone of at least half a turn is justified by the fact that it is necessary to eliminate the lateral mismatch between the real orbit of the AKO and the orbit of the FFP. Since the optimal point for this operation is one of the two intersection points of both orbits (AKO and FFP) [4], the duration of the zone for executing pulses in the half-turn completely guarantees the location of this point in it. The correcting pulses m = 1, 2 (V 3 and V 4 ) are calculated by the actual AKO removal vector obtained from the measurements of the orbit in the visibility range of NIPs at the first daily turn, taking into account the nominal performance of the first two phasing pulses l = 1, 2 (V 1 and V 2 ). At the end of the execution of the correcting pulses m = 1, 2 (V 3 and V 4 ), the AKO is in the vicinity of the ISS and an autonomous section (pos. 5) similar to that shown in figure 2 begins, with the remaining pulses m = 3,4,5 ...

Расчеты импульсов проводятся с использованием уравнения коррекции [5], в относительном движении с центром в ПКОPulse calculations are carried out using the correction equation [5], in relative motion centered in the FFP

[ r k V k ] = M k 0

Figure 00000001
[ r k V k ] = M k 0
Figure 00000001
[ r 0 V 0 ] + i A k i Δ V i
Figure 00000002
[ r 0 V 0 ] + i A k i Δ V i
Figure 00000002

где [ r k V k ]

Figure 00000003
- конечный вектор, после решения задачи сближения,Where [ r k V k ]
Figure 00000003
- the final vector, after solving the approximation problem,

[ r 0 V 0 ]

Figure 00000004
- вектор состояния в начале сближения, [ r 0 V 0 ]
Figure 00000004
is the state vector at the beginning of the approach,

Mk0 - матрица прогноза в относительном движении от момента начала сближения t0 до момента конца сближения tk,M k0 is the forecast matrix in relative motion from the moment of approaching t 0 to the moment of approaching end t k ,

Aki - матрица коррекции в относительном движении для i-го импульса ΔVi.A ki is the correction matrix in relative motion for the ith pulse ΔV i .

Вектор состояния в конечной точке должен соответствовать прицельному вектору состояния: [ r k V k ] = [ r п р V п р ]

Figure 00000005
,The state vector at the end point should correspond to the aiming state vector: [ r k V k ] = [ r P R V P R ]
Figure 00000005
,

В задаче сближения двух космических объектов, как правило, используется задача встречи, когда [ r п р V п р ] = [ 0 V п р ]

Figure 00000006
.In the problem of convergence of two space objects, as a rule, the meeting problem is used when [ r P R V P R ] = [ 0 V P R ]
Figure 00000006
.

В случае если конечный вектор не соответствует выбранному прицельному вектору, образуется вектор промаха [ δ r δ V ] = [ r k V k ] [ r п р V п р ]

Figure 00000007
.If the final vector does not match the selected aiming vector, a miss vector is formed [ δ r δ V ] = [ r k V k ] - [ r P R V P R ]
Figure 00000007
.

Для определения импульсов сближения используется интервал маневрирования. Каждому сочетанию точек приложения импульсов сближения соответствует определенная комбинация импульсов. ΔV1, …, ΔVn. Фактическое значение импульсов сближения и точек их приложения определяется из многообразия решений уравнения коррекции, путем вычисления и минимизации функционала FThe maneuvering interval is used to determine the approach pulses. Each combination of points of application of approach pulses corresponds to a certain combination of pulses. ΔV 1 , ..., ΔV n . The actual value of the approach pulses and their application points is determined from the variety of solutions of the correction equation by calculating and minimizing the functional F

F = Δ V 1 + + Δ V n = i = 1 n Δ V i = min

Figure 00000008
F = Δ V one + + Δ V n = i = one n Δ V i = min
Figure 00000008

Данные по корректирующему маневру закладываются в БВК АКО в зоне видимости НИПов на втором витке. В принципе параметры корректирующего маневра могут быть рассчитаны автономно БВК АКО по фактическому вектору состояния АКО.Data on the corrective maneuver are laid down in the IAC AKO in the visibility range of NPCs in the second round. In principle, the parameters of the corrective maneuver can be calculated autonomously by the BVK AKO using the actual state vector of the AKO.

После выполнения корректирующего двухимпульсного маневра наступает этап автономного участка, располагающийся примерно за виток до прицельной точки встречи. Автономный участок проводится с использованием системы взаимных измерений АКО и ПКО, работающей с ограниченной дальности и обеспечивающий относительный вектор состояния. По завершению автономного участка проводится стыковка АКО и ПКО в зоне видимости четвертого витка. Из циклограммы, представленной на фиг.3, видно, что длительность полета от выведения до стыковки в предлагаемом способе составит три витка или около 4.5 часов.After completing the corrective two-pulse maneuver, the stage of the autonomous section begins, which is located approximately a revolution before the sighting point of the meeting. An autonomous section is carried out using a system of mutual measurements of AKO and FFP, operating with a limited range and providing a relative state vector. At the end of the autonomous section, AKO and FFP are docked in the visibility zone of the fourth round. From the cyclogram presented in figure 3, it can be seen that the duration of the flight from hatching to docking in the proposed method will be three turns or about 4.5 hours.

Предлагаемый способ управления может быть использован при проведении сближения и стыковки АКО с орбитальной станцией МКС или любым другим ПКО. Особенно полезно использование этого метода при проведении спасательной миссии, когда фактор времени доставки экипажа на борт МКС становится решающим.The proposed control method can be used when approaching and docking the ACS with the ISS orbital station or any other ACS. It is especially useful to use this method during a rescue mission, when the time factor for the delivery of the crew on board the ISS becomes crucial.

В табл.1 представлены результаты, полученные с помощью статистического моделирования 300 реализации процесса сближения: математическое ожидание (m) и среднеквадратическое отклонение (σ) прицельного вектора состояния в прицельной точке сближения в относительной орбитальной системы координат rnb [5], а также расход топлива, выраженный в характеристической скорости (в м/сек). Дополнительно в отдельной строке представлен предельный (m+3σ) расход топлива. Рассматривались предлагаемый способ при выполнении трехвиткового сближения и, для сравнения, реализация стандартной двухсуточной схемы сближения.Table 1 presents the results obtained by statistical modeling 300 of the convergence process: the mathematical expectation (m) and standard deviation (σ) of the impact state vector at the impact approach point in the relative orbital coordinate system rnb [5], as well as fuel consumption, expressed in characteristic speed (in m / s). Additionally, in a separate line, the maximum (m + 3σ) fuel consumption is presented. The proposed method was considered when performing a three-turn approach and, for comparison, the implementation of a standard two-day approach scheme.

При получении данных табл.1 предполагалось, что АКО выводится на целевую орбиту с параметрами Нminmах=200/240 км и наклонением i=51.6°. Моделировался начальный разброс по вектору выведения, соответствующий разбросу по периоду ±22S, и по боку ±3.5 угл. мин., что соответствует разбросу параметров опорной орбиты при выведении определенным ракетоносителем, используемым при выведении АКО [6]. Орбита МКС соответствует плановой высоте на 2012 год - 408 км. Начальные фазовые углы для предлагаемой трехвитковой схемы (17) и для стандартной двухсуточной схемы (215°) соответствовали оптимальным значениям для каждой схемы. Расчеты проведены с помощью программного обеспечения расчета задачи сближения для АКО с орбитальной станцией МКС.Upon receipt of the data in Table 1, it was assumed that the AKO is launched into the target orbit with the parameters Н min / Н max = 200/240 km and inclination i = 51.6 °. The initial spread along the excretion vector was simulated, corresponding to a spread over the period of ± 22 S , and on the side ± 3.5 angles. min., which corresponds to the scatter of the parameters of the reference orbit during the launch by a specific launch vehicle used in the launch of the AKO [6]. The ISS orbit corresponds to the planned altitude for 2012 - 408 km. The initial phase angles for the proposed three-turn circuit (17) and for the standard two-day circuit (215 °) corresponded to the optimal values for each circuit. The calculations were carried out using the software for calculating the approximation problem for AKO with the ISS orbital station.

Как видно из табл.1, σ боковых составляющих вектора состояния в прицельной точке (b, Vb): 0.22 км и 0.27 км по b и 0.39 м/сек и 0.31 м/сек по Vb, в обеих схемах сближения очень близки. Также практически одинаковы предельные расходы топлива на сближение 114.9 м/сек и 113.2 м/сек. Но, в предполагаемом способе по сравнению с двухсуточной схемой, σ вектора состояния в прицельной точке в плоскости орбиты (r, n, Vr, Vn) значительно меньше. Так, если по составляющей r в обеих схемах σ примерно равны (0.24 км и 0.25 км), то по составляющей n σ меньше в полтора раза (0.83 км и 1.24 км), по составляющей Vn σ меньше в два раза (0.27 м/сек и 0.55 м/сек), а по составляющей Vr σ меньше более чем в три раза (0.18 м/сек и 0.63 м/сек). Данный эффект реализуется за счет значительно меньшего участка полета перед выдачей параметров вектора состояния в БВК АКО перед началом автономного участка и следовательно гораздо меньшему влиянию возмущающих факторов (неточностей отработки импульсов, динамических операций, влияние атмосферы и т.д.). Это, в свою очередь, обеспечивает более точные кинематические условия перед началом работы алгоритма автономного участка сближения и способствует его надежной работе. Все вышесказанное подтверждает возможность использования данного способа в задаче сближения двух космических объектов.As can be seen from Table 1, the σ of the lateral components of the state vector at the target point (b, V b ): 0.22 km and 0.27 km in b and 0.39 m / s and 0.31 m / s in V b , are very close in both proximity schemes. Also, the marginal fuel consumption for a rapprochement of 114.9 m / s and 113.2 m / s are almost identical. But, in the proposed method, compared with the two-day scheme, σ of the state vector at the aiming point in the orbit plane (r, n, V r , V n ) is much smaller. So, if the component r in both schemes is approximately equal to σ (0.24 km and 0.25 km), then the component n σ is one and a half times (0.83 km and 1.24 km), and the component V n σ is half as much (0.27 m / sec and 0.55 m / s), and for the component V r σ is less than three times less (0.18 m / s and 0.63 m / s). This effect is realized due to a significantly smaller portion of the flight before issuing the state vector parameters in the BVK AKO before the start of the autonomous portion and, therefore, to a much lesser influence of disturbing factors (inaccuracies in pulse processing, dynamic operations, atmospheric influence, etc.). This, in turn, provides more accurate kinematic conditions before the start of the work of the algorithm of the autonomous approach section and contributes to its reliable operation. All of the above confirms the possibility of using this method in the task of convergence of two space objects.

Также следует отметить, что диапазон начальных фазовых углов в трехвитковой схеме с предложенным способом управления, определенный при моделировании задачи сближения составляет около 20°. В случае ожидания фактических параметров АКО после определения орбиты по данным радиоконтроля орбиты с НИПов, как это реализовано в стандартной двухсуточной схеме сближения, переход на фазирующую орбиту выполнился бы на виток позже, что соответственно сузило бы в трехвитковой схеме сближения возможный диапазон начальных фазовых углов до 5°It should also be noted that the range of initial phase angles in a three-turn circuit with the proposed control method, which was determined when modeling the approximation problem, is about 20 °. If the actual AKO parameters were expected after determining the orbit from the radio control data of the orbit from NIPs, as implemented in the standard two-day approach scheme, the transition to the phasing orbit would be completed a turn later, which would accordingly narrow the possible range of initial phase angles to 5 °

Табл.1Table 1 Способ управления движением активного космического объекта, стыкуемого с пассивным космическим объектомA method for controlling the movement of an active space object docked with a passive space object Предлагаемый способ (трехвитковая схема сближения)The proposed method (three-turn approach circuit) r, кмr, km n, кмn, km b, кмb, km Vr, м/сV r , m / s Vn, м/сV n , m / s Vb, м/сV b , m / s Расход топлива, м/сFuel consumption, m / s mm -0.007-0.007 -0.007-0.007 -0.008-0.008 0.0220.022 -12.53-12.53 0.0260.026 104.42104.42 σσ 0.240.24 0.830.83 0.220.22 0.180.18 0.270.27 0.390.39 3.493.49 предельный расход топлива (m+3σ) 114.9 м/сmarginal fuel consumption (m + 3σ) 114.9 m / s Двухсуточная схема сближенияTwo-day rapprochement scheme r, кмr, km n, кмn, km b, кмb, km Vr, м/cV r , m / s Vn, м/cV n , m / s Vb, м/cV b , m / s Расход топлива, м/сFuel consumption, m / s mm 0.0010.001 -0.205-0.205 0.0200.020 0.1180.118 -12.66-12.66 -0.014-0.014 101.61101.61 σσ 0.250.25 1.241.24 0.270.27 0.630.63 0.550.55 0.310.31 3.873.87 предельный расход топлива (m+3σ) 113.2 м/сmarginal fuel consumption (m + 3σ) 113.2 m / s

Список литературыBibliography

1. Wigbert Fehse (2003) "Automated Rendezvous and Docking of Spacecraft", Cambrige University press1. Wigbert Fehse (2003) "Automated Rendezvous and Docking of Spacecraft", Cambrige University press

2. NASA Press kit (1966) "Project Gemini-11" - прототип, http://www.scribd.com/doc/11483557/Gemini-11-Press-Kit2. NASA Press kit (1966) "Project Gemini-11" - prototype, http://www.scribd.com/doc/11483557/Gemini-11-Press-Kit

3. R. Murtazin, S. Budylov "Short Rendezvous Missions for Advanced Russian Human Spacecraft", Acta Astronautica 67(2010) 900-9093. R. Murtazin, S. Budylov "Short Rendezvous Missions for Advanced Russian Human Spacecraft", Acta Astronautica 67 (2010) 900-909

4. Эльясберг П.Е. «Введение в теорию полета искусственных спутников Земли», Москва, Наука, 19654. Elyasberg P.E. "Introduction to the theory of flight of artificial Earth satellites", Moscow, Nauka, 1965

5. Р.Ф. Аппазов, О.Г. Сытин «Методы проектирования траекторий носителей и спутников Земли», Москва, Наука, 19875. R.F. Appazov, O.G. Sytin, "Design Methods for the Trajectories of Earth Carriers and Satellites", Moscow, Nauka, 1987

6. Steven J. Isakowitz (2004) "International Reference Guide to Space Launch Systems" Forth edition6. Steven J. Isakowitz (2004) "International Reference Guide to Space Launch Systems" Forth edition

Claims (1)

Способ управления движением активного космического объекта, стыкуемого с пассивным космическим объектом, включающий выведение активного космического объекта на опорную орбиту, определение характеристик импульсов сближения и последующее приложение импульсов сближения к активному космическому объекту, отличающийся тем, что предварительно производят определение характеристик l импульсов сближения по номинальным параметрам опорной орбиты выведения, где l=1, 2, …, которые прикладывают на первом витке после выведения, затем определяют характеристики m импульсов сближения по фактическим параметрам орбиты активного космического объекта, где m=1, 2, …, которые прикладывают на последующих витках сближения. A method for controlling the motion of an active space object docked with a passive space object, including the launch of the active space object into the reference orbit, the determination of the characteristics of the approach pulses and the subsequent application of the approach pulses to the active space object, characterized in that they first determine the characteristics l of the approach pulses from the nominal parameters the reference orbit of the launch, where l = 1, 2, ..., which are applied on the first turn after the launch, then determine akteristiki m pulses convergence of the actual parameters of the orbit of the active object space, where m = 1, 2, ..., which is applied in subsequent convergence coils.
RU2012114055/11A 2012-04-10 2012-04-10 Method of control over active space object to be docked to passive space object RU2490181C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114055/11A RU2490181C1 (en) 2012-04-10 2012-04-10 Method of control over active space object to be docked to passive space object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114055/11A RU2490181C1 (en) 2012-04-10 2012-04-10 Method of control over active space object to be docked to passive space object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2490181C1 true RU2490181C1 (en) 2013-08-20

Family

ID=49162764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012114055/11A RU2490181C1 (en) 2012-04-10 2012-04-10 Method of control over active space object to be docked to passive space object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2490181C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573015C2 (en) * 2014-04-16 2016-01-20 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") Multimodule spacecraft for cleaning up geostationary orbit and method of cleaning up geostationary orbit
RU2657704C1 (en) * 2017-03-24 2018-06-14 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Space object motion control method in case of approach to another space object
RU2759360C1 (en) * 2020-07-28 2021-11-12 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Method for controlling the movement of a space object when approaching another space object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002008059A1 (en) * 1998-12-04 2002-01-31 Honeybee Robotics, Ltd. Spacecraft capture and docking system
WO2011110701A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Universidad Politécnica de Madrid System for adjusting the position and attitude of orbiting bodies using guide satellites
RU2430861C1 (en) * 2010-03-04 2011-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method of spaceship docking and device to this end
RU2441821C1 (en) * 2010-05-24 2012-02-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Control mode of motor of an active space object, mated with a passive space object

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002008059A1 (en) * 1998-12-04 2002-01-31 Honeybee Robotics, Ltd. Spacecraft capture and docking system
RU2430861C1 (en) * 2010-03-04 2011-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method of spaceship docking and device to this end
WO2011110701A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Universidad Politécnica de Madrid System for adjusting the position and attitude of orbiting bodies using guide satellites
RU2441821C1 (en) * 2010-05-24 2012-02-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Control mode of motor of an active space object, mated with a passive space object

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573015C2 (en) * 2014-04-16 2016-01-20 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (АО "ВПК "НПО машиностроения") Multimodule spacecraft for cleaning up geostationary orbit and method of cleaning up geostationary orbit
RU2657704C1 (en) * 2017-03-24 2018-06-14 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Space object motion control method in case of approach to another space object
RU2759360C1 (en) * 2020-07-28 2021-11-12 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Method for controlling the movement of a space object when approaching another space object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Polites Technology of automated rendezvous and capture in space
Friend Orbital express program summary and mission overview
JP5333939B2 (en) A system that controls the deployment of spacecraft that need to fly in formation by simultaneously identifying the position with high accuracy
Barbee et al. A guidance and navigation strategy for rendezvous and proximity operations with a noncooperative spacecraft in geosynchronous orbit
US11377237B1 (en) Orbital rendezvous techniques
Bodin et al. PRISMA: An in-orbit test bed for guidance, navigation, and control experiments
RU2490181C1 (en) Method of control over active space object to be docked to passive space object
RU2440281C1 (en) Method of controlling active flight of space object to be docked with passive spaceship
RU2441821C1 (en) Control mode of motor of an active space object, mated with a passive space object
Woffinden et al. Optimized Trajectory Correction Burn Placement for NRHO Orbit Maintenance
RU2657704C1 (en) Space object motion control method in case of approach to another space object
Morley et al. Rosetta navigation from reactivation until arrival at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
RU2573015C2 (en) Multimodule spacecraft for cleaning up geostationary orbit and method of cleaning up geostationary orbit
Atchison et al. Double asteroid redirection test (dart) mission design and navigation for low energy escape
Renk et al. Refined mission analysis for heracles-a robotic lunar surface sample return mission utilizing human infrastructure
RU2759372C1 (en) Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit
RU2675483C1 (en) Method for constructing orientation of space object separated from another space object
Mimasu et al. Hayabusa2 operation for MASCOT delivery to Ryugu surface
Torres et al. Sentinel-1A LEOP and commissioning
Chudinov et al. Counteracting contingencies in fast rendezvous with ISS
RU2562908C2 (en) Method of control over active space object to be docked to passive space object
Jordan et al. Interplanetary navigation: an overview
Ledkov et al. Control of the motion of near-Earth asteroids
Sorensen et al. Spacecraft autonomous operations experiment performed during the Clementine lunar mission
RU2734705C1 (en) Spacecraft control method during flight to moon