RU2709951C1 - Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit - Google Patents

Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit Download PDF

Info

Publication number
RU2709951C1
RU2709951C1 RU2018144592A RU2018144592A RU2709951C1 RU 2709951 C1 RU2709951 C1 RU 2709951C1 RU 2018144592 A RU2018144592 A RU 2018144592A RU 2018144592 A RU2018144592 A RU 2018144592A RU 2709951 C1 RU2709951 C1 RU 2709951C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
orbit
moon
height
earth
pulse
Prior art date
Application number
RU2018144592A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рафаил Фарвазович Муртазин
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
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 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
Priority to RU2018144592A priority Critical patent/RU2709951C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709951C1 publication Critical patent/RU2709951C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/26Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to interplanetary flights, for example, when space objects (SO) are delivered to a station located on high near-moon orbit. Method includes flight from the Earth to the Moon along trajectory with flight of the Moon at specified height, where first braking pulse is performed to transfer SO to initial near-moon orbit. Aposelenium of this orbit is located in the vicinity of Moon's gravisphere (60–75 thousand km). Due to gravitational perturbations, mainly from the Earth, through the revolution the pericynthion height of this orbit changes to the height of target orbit pericynthion. In this pericynthion the second brake pulse is performed to form the target elliptic (or circular) orbit around the Moon.
EFFECT: reduction of total characteristic speed for launching of space object from transitory trajectory to target, mainly high near-moon orbit.
1 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемый способ управления может быть использован в космической технике при выведении космического объекта (КО), находящегося на околоземной орбите на заданную высокую окололунную орбиту.The proposed control method can be used in space technology when launching a space object (KO) located in near-Earth orbit into a given high near-moon orbit.

Для перелета К Луне с орбиты Земли необходимо выполнить отлетный импульс, величина которого в зависимости от высоты околоземной орбиты варьируется от 3050 до 3200 м/с. По прилету к Луне траектория КО представляет селеноцентрическую гиперболическую орбиту. Для выхода на окололунную орбиту с заданными параметрами необходимо выполнить дополнительные операции.To fly to the Moon from the Earth’s orbit, it is necessary to perform a take-off pulse, the value of which, depending on the height of the near-Earth orbit, varies from 3050 to 3200 m / s. Upon arrival to the moon, the KO trajectory represents a selenocentric hyperbolic orbit. To enter the lunar orbit with the given parameters, additional operations must be performed.

Известен способ управления, выбранный в качестве аналога (фиг. 1), в котором для выведения КО на заданную окололунную орбиту посредством отлетного импульса ΔV1 формируется траектория облета Луны на заданном расстоянии. Точка прохождения на заданном расстоянии от Луны является одновременно и точкой заданной орбиты. В окрестности этой точки выполняется тормозной импульс ΔV2 для перевода КО с траектории облета Луны на заданную орбиту вокруг Луны, [1. В.И. Левантовский, «Механика космического полета в элементарном изложении», Наука, 1980 г].A known control method, selected as an analogue (Fig. 1), in which to bring the spacecraft to a given near-moon orbit by means of a take-off pulse ΔV 1 , a trajectory of the moon is formed at a given distance. The point of passage at a given distance from the moon is at the same time a point of a given orbit. In the vicinity of this point, a braking impulse ΔV 2 is performed to transfer the spacecraft from the trajectory of the moon's flight into a given orbit around the moon, [1. IN AND. Levantovsky, "The mechanics of space flight in an elementary exposition", Science, 1980].

Несмотря на самый простой и быстрый переход на заданную орбиту, недостатком этого способа является значительная величина тормозного импульса ΔV1, требующая больших затрат топлива. В условиях дефицита топлива этот фактор может быть критическим. Определим величину импульса ΔV1 в терминах характеристической скорости для перевода КО на круговую окололунную орбиту высотой Н=10 тыс. км:Despite the simplest and fastest transition to a given orbit, the disadvantage of this method is the significant value of the braking impulse ΔV 1 , which requires high fuel consumption. In conditions of fuel shortage, this factor can be critical. Let us determine the momentum ΔV 1 in terms of the characteristic velocity for transferring the spacecraft into a circular lunar orbit with a height of H = 10 thousand km:

Figure 00000001
Figure 00000001

где μ - гравитационный параметр Луны,

Figure 00000002
,where μ is the gravitational parameter of the moon,
Figure 00000002
,

r - радиус орбиты Луны и r=Н+rЛ, где rЛ=1737 км - радиус Луны [1],r is the radius of the orbit of the moon and r = H + r L , where r L = 1737 km is the radius of the moon [1],

ν - скорость входа (скорость на бесконечности) в перицентре высотой H=10 тыс. км селеноцентрической гиперболической орбиты при перелете от Земли к Луне 4.5 суток составит

Figure 00000003
Таким образом, подставляя в формулу необходимые значения получим ΔVΣ1=ΔV1=667 м/с.ν - entry speed (speed at infinity) at the pericenter with a height of H = 10 thousand km of a selenocentric hyperbolic orbit during a flight from Earth to the Moon 4.5 days will be
Figure 00000003
Thus, substituting the necessary values in the formula, we obtain ΔV Σ1 = ΔV 1 = 667 m / s.

Известен способ управления движением КО при перелете с орбиты Земли на орбиту Луны (фиг. 2), выбранный в качестве прототипа [2. Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В. «Использование трехимпульсного перехода для выведения космического аппарата на орбиты искусственного спутника Луны», «Космические исследования», 2017, том 55, №3, с. 207-217], включающий выполнение КО отлетного импульса для перелета от Земли к Луне по траектории с пролетом относительно Луны на заданной высоте, по достижению которой выполняют тормозной импульс для перевода КО на эллиптическую орбиту вокруг Луны. В отличие от аналога в этом способе используется три импульса для перевода КО на заданную орбиту. Первым тормозным импульсом КО переводится на переходную эллиптическую орбиту с высотой апоселения Hα1. Затем в апоселении выполняется второй импульс, уже разгонный, поднимающий высоту периселения до высоты периселения целевой орбиты Нπ2. И наконец, после прихода КО в периселений третьим тормозным импульсом осуществляется перевод КО на орбиту с высотой апоселения Нα2. В случае если целевая орбита круговая Нα2=Нπ2.A known method of controlling the motion of the spacecraft during the flight from the orbit of the Earth to the orbit of the moon (Fig. 2), selected as a prototype [2. Gordienko E.S., Ivashkin V.V. “Using a three-pulse transition to launch a spacecraft into the orbits of an artificial moon satellite,” Space Research, 2017, Volume 55, No. 3, p. 207-217], including the execution of the spacecraft of the take-off pulse for the flight from the Earth to the moon along the trajectory with the passage relative to the moon at a given height, upon reaching which a braking pulse is performed to transfer the spacecraft to an elliptical orbit around the moon. In contrast to the analogue, this method uses three pulses to translate the QO into a given orbit. With the first inhibitory impulse, the CO is transferred to a transition elliptical orbit with a population height of Hα 1 . Then, a second impulse is executed in the apostillation, which is already accelerating, raising the height of perisulation to the height of perisulation of the target orbit Нπ 2 . And finally, after the arrival of KOs in perioperations with the third inhibitory impulse, the KOs are transferred into orbit with the height of the population Нα 2 . If the target orbit is circular Hα 2 = Hπ 2 .

В зависимости от высоты апоселения Hα1 переходной эллиптической орбиты при использовании этого способа можно снизить затраты топлива для выведения на круговую окололунную орбиту высотой H=10 тыс. км на 100÷250 м/с. Согласно расчетам при высоте апоселения переходной эллиптической орбиты Нα1=50 тыс. км и дате прилета к Луне 01.12.27 значение ΔVΣ3 составит:Depending on the height of the settlement Hα 1 of the transitional elliptical orbit, using this method, it is possible to reduce fuel consumption for launching into a circular near-moon orbit with a height of H = 10 thousand km per 100 ÷ 250 m / s. According to the calculations, at the height of the population of the transitional elliptical orbit Нα 1 = 50 thousand km and the date of arrival to the Moon 01.12.27, the value ΔV Σ3 will be:

Figure 00000004
Figure 00000004

т.е. на 225 м/с меньше, чем при одноимпульсной схеме.those. 225 m / s less than with a single-pulse circuit.

Для высот апоселения от 15 до 45 тыс. км ΔVΣ3 составит от 565 до 459 м/с, что по сравнению с одноимпульсной схемой меньше от 102 до 208 м/с.For population heights from 15 to 45 thousand km, ΔV Σ3 will be from 565 to 459 m / s, which is less than 102 to 208 m / s in comparison with a single-pulse scheme.

Основным недостатком такого способа управления по-прежнему остается значительная суммарная величина импульса ΔVΣ3 для перевода КО на заданную орбиту.The main disadvantage of this control method is still a significant total magnitude of the pulse ΔV Σ3 for translating the spacecraft into a given orbit.

Техническим результатом изобретения является дополнительное снижение затрат суммарной характеристической скорости для перевода КО на заданную орбиту.The technical result of the invention is an additional reduction in the cost of the total characteristic speed for transferring the TO into a given orbit.

Технический результат достигается благодаря тому, что в способе управления движением КО при перелете с орбиты Земли на орбиту Луны, включающем выполнение КО отлетного импульса для перелета от Земли к Луне по траектории с пролетом относительно Луны на заданной высоте, по достижению которой выполняют тормозной импульс для перевода КО на эллиптическую орбиту вокруг Луны, в отличие от известного, определяют эллиптическую орбиту с апоселением в окрестности грависферы Луны и высотой Нα в диапазоне 60÷75 тыс. км, у которой за счет гравитационных возмущений от Земли через виток изменится высота периселения до значения высоты периселения целевой орбиты Нπ, затем по значению высоты апоселения Нα корректируют тормозной импульс, который прикладывают к КО, а через виток, при прохождении периселения высотой Нπ, выполняют заключительный тормозной импульс для формирования целевой эллиптической орбиты вокруг Луны.The technical result is achieved due to the fact that in the method of controlling the motion of the spacecraft during the flight from the Earth’s orbit to the moon’s orbit, which includes the execution of the spacecraft of the take-off pulse for the flight from the Earth to the moon along the trajectory with the passage relative to the moon at a given height, after which a braking pulse is performed to translate CR in an elliptical orbit around the Moon, in contrast to the known one, defines an elliptical orbit with a population in the vicinity of the moon’s gravisphere and a height Hα in the range 60–75 thousand km, which due to gravitational of perturbations from the Earth through the turn, the height of the resettlement will change to the value of the height of the resettlement of the target orbit Нπ, then the braking impulse, which is applied to the CO, is adjusted by the value of the height of the settlement Нα, and the final braking pulse is performed through the round, when passing the resettlement of height Нπ, to form the target elliptical orbit around the moon.

Предлагаемый способ рассмотрим на примере. Пусть в качестве околоземной орбиты КО рассматривается круговая орбита высотой 200 км. Рассмотрим задачу перелета КО на круговую орбиту вокруг Луны высотой 10 тыс. км. Схема перелета включает отлетный импульс ΔV1, формирующий пролет у Луны по гиперболе селеноцентрической орбиты на расстоянии около 100 км, тормозной импульс ΔV2 для перевода космического объекта на переходную высокоэллиптическую орбиту вокруг Луны. Затем, через виток полета по этой переходной орбите выполняется импульс ΔV3 для окончательного перехода КО на заданную орбиту вокруг Луны.The proposed method will consider an example. Let a circular orbit 200 km high be considered as a near-Earth orbit of the KO. Consider the problem of flying KO into a circular orbit around the moon with an altitude of 10 thousand km. The flight scheme includes a take-off impulse ΔV 1 , which forms a passage near the Moon along a hyperbole of a selenocentric orbit at a distance of about 100 km, a braking impulse ΔV 2 for transferring a space object into a transitional highly elliptical orbit around the Moon. Then, through a flight orbit in this transitional orbit, a pulse ΔV 3 is performed for the final transition of the spacecraft to a given orbit around the moon.

Технический результат в предлагаемом способе управления достигается за счет того, что апоселений переходной высокоэллиптической орбиты с высотой Нα, выбираемой в диапазоне 60÷75 тыс. км, находится в окрестности грависферы Луны (~66 тыс. км) [4. Е.В. Тарасов, «Космонавтика», Машиностроение, 1977]. После выполнения тормозного импульса ΔV2 КО с гиперболической пролетной орбиты переводится на переходную эллиптическую орбиту вокруг Луны. При правильно выбранной высоте апоселения Hα переходной орбиты, за счет гравитационного возмущения от Земли через виток высота периселения увеличивается до заданного значения (в нашем случае Нπ=10 тыс. км). Помимо увеличения высоты периселения наблюдается монотонное уменьшение высоты апоселения переходной орбиты, что, в свою очередь, снижает величину импульса ΔV3, который окончательно формирует орбиту вокруг Луны. Таким образом удается сократить число импульсов перехода с трех до двух и дополнительно снизить затраты характеристической скорости для перехода на окололунную орбиту. Снижение ΔVΣ2 по сравнению с биэллиптическим переходом происходит за счет:The technical result in the proposed control method is achieved due to the fact that the populations of the transitional highly elliptical orbit with a height of Hα, selected in the range of 60–75 thousand km, are located in the vicinity of the Moon’s gravisphere (~ 66 thousand km) [4. E.V. Tarasov, "Cosmonautics", Engineering, 1977]. After performing the braking pulse, ΔV 2 KO from the hyperbolic transit orbit is transferred to a transitional elliptical orbit around the Moon. With a correctly selected height of the population of Hα in the transitional orbit, due to gravitational perturbation from the Earth through the orbit, the height of the population increases to a predetermined value (in our case, Hπ = 10 thousand km). In addition to an increase in the height of perisulation, a monotonic decrease in the height of the population of the transitional orbit is observed, which, in turn, reduces the magnitude of the pulse ΔV 3 , which finally forms the orbit around the moon. Thus, it is possible to reduce the number of transition pulses from three to two and further reduce the costs of the characteristic velocity for transition to a near-moon orbit. The decrease in ΔV Σ2 compared with the belliptic transition occurs due to:

- уменьшения тормозного импульса ΔV2, т.к. апоселений переходной орбиты увеличивается с 20÷50 тыс. км до 60÷75 тыс. км,- reduction of the brake pulse ΔV 2 , because the populations of the transitional orbit increases from 20 ÷ 50 thousand km to 60 ÷ 75 thousand km,

- исключения импульса в апоселении переходной орбиты, т.к. формирование перицентра заданной орбиты обеспечивается возмущающим влиянием гравитационного поля Земли,- pulse exceptions in the settling of the transitional orbit, because the formation of the pericenter of a given orbit is provided by the disturbing influence of the Earth’s gravitational field,

- уменьшения тормозного импульса ΔV3, т.к. помимо высоты периселения, за счет возмущений от Земли уменьшается и высота апоселения переходной орбиты.- reduction of the brake pulse ΔV 3 , because in addition to the height of perisulation, due to disturbances from the Earth, the height of the population of the transitional orbit decreases.

При оптимальной дате перелета от Земли к Луне, величина суммарного импульса ΔVΣ2 для перехода на круговую окололунную орбиту высотой 10 тыс. км может составить около 335 м/с, что по сравнению со способом, описанным в прототипе и при задании высоты апоселения переходной орбиты Hα1=50 тыс. км меньше на 107 м/с.With the optimal date of the flight from Earth to the Moon, the total momentum ΔV Σ2 for transition to a circular lunar orbit with an altitude of 10 thousand km can be about 335 m / s, which is compared to the method described in the prototype and when setting the height of the population of the transitional orbit Hα 1 = 50 thousand km is 107 m / s less.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1÷6, где:The invention is illustrated in FIG. 1 ÷ 6, where:

на фиг. 1 показана схема выведения аналога на круговую окололунную орбиту по одноимпульсной схеме;in FIG. 1 shows a scheme for launching an analog into a circular lunar orbit according to a single-pulse scheme;

на фиг. 2 показана схема выведения прототипа на круговую окололунную орбиту с биэллиптическим переходом по трехимпульсной схеме;in FIG. 2 shows a scheme for launching a prototype into a circular near-moon orbit with a belliptic transition according to a three-pulse scheme;

на фиг. 3 показана схема выведения на круговую окололунную орбиту по предлагаемому способу управления по двухимпульсной схеме;in FIG. 3 shows a scheme for launching into a circular lunar orbit according to the proposed control method according to a two-pulse scheme;

на фиг. 4 представлены графики затрат суммарной характеристической скорости ΔVΣ3 и время выведения для биэллиптического перехода;in FIG. 4 shows the cost graphs of the total characteristic velocity ΔV Σ3 and the excretion time for a belliptic transition;

на фиг. 5 представлены графики затрат суммарной характеристической скорости ΔVΣ2 и высот апоселения Нα переходной орбиты для предлагаемой двухимпульсной схемы в зависимости от даты;in FIG. 5 shows the cost graphs of the total characteristic velocity ΔV Σ2 and the heights of the settlement Hα of the transitional orbit for the proposed two-pulse scheme depending on the date;

на фиг. 6 представлено изменение высоты периселения Нπ и апоселения Нα переходной эллиптической орбиты в течение витка за счет гравитационных возмущений от Земли.in FIG. Figure 6 shows the change in the height of the perioperation Нπ and the population Нα of the transition elliptical orbit during the orbit due to gravitational perturbations from the Earth.

На фиг. 1 показана схема выведения на круговую окололунную орбиту по одноимпульсной схеме. Вначале КО (1) отлетным импульсом ΔV1 (2) с околоземной орбиты переводится на траекторию полета к Луне с пролетом относительно Луны на расстоянии, соответствующем высоте Нπ2 (3) заданной круговой окололунной орбиты. После прилета на заданное расстояние КО выполняет тормозной импульс ΔV2 (4) для перехода на заданную круговую орбиту.In FIG. 1 shows a scheme for launching into a circular lunar orbit according to a single-pulse scheme. Initially, the spacecraft (1) with a take-off impulse ΔV 1 (2) from a near-earth orbit is transferred to the flight path to the moon with a passage relative to the moon at a distance corresponding to the height Нπ 2 (3) of a given circular near-moon orbit. After arriving at a given distance, the spacecraft performs a braking impulse ΔV 2 (4) to transition to a given circular orbit.

На фиг. 2 показана схема выведения на круговую окололунную орбиту по трехимпульсной схеме. Вначале КО (1) отлетным импульсом ΔV1 (2) с околоземной орбиты переводится на траекторию полета к Луне с пролетом относительно Луны на заданном минимальном расстоянии Нπ1 (5). После прилета на расстояние Нπ1 КО выполняет тормозной импульс ΔV2 (4) для перевода КО на переходную эллиптическую орбиту вокруг Луны (6) с апоселением (7) внутри грависферы Луны (8). Затем КО продолжает полет по этой орбите до прихода в апоселений (7), где выполняется разгонный импульс ΔV3 (9), формирующий орбиту с периселением на заданной высоте Нπ2 (3) круговой окололунной орбиты. После этого полет продолжается до прихода в периселений, где выполняется тормозной импульс ΔV4 (10), завершающий перевод КО на заданную круговую окололунную орбиту.In FIG. Figure 2 shows a scheme for launching into a circular lunar orbit according to a three-pulse scheme. Initially, the spacecraft (1) with a take-off pulse ΔV 1 (2) from the near-earth orbit is transferred to the flight path to the moon with a passage relative to the moon at a given minimum distance Нπ 1 (5). After arriving at a distance of Нπ 1, the KO performs a braking pulse ΔV 2 (4) to transfer the KO to a transitional elliptical orbit around the Moon (6) with a population (7) inside the moon's gravisphere (8). Then, the spacecraft continues to fly in this orbit until it arrives at the populations (7), where the accelerating impulse ΔV 3 (9) is performed, which forms an orbit with re-population at a given height Нπ 2 (3) of a circular near-moon orbit. After this, the flight continues until it arrives at the relocation, where the braking impulse ΔV 4 (10) is performed, which completes the transfer of the spacecraft to a given circular near-moon orbit.

На фиг. 3 показана схема выведения на круговую окололунную орбиту по предлагаемому способу. Вначале КО (1) отлетным импульсом ΔV1 (2) с околоземной орбиты переводится на траекторию полета к Луне с пролетом относительно Луны на заданном минимальном расстоянии Нπ1 (5). После прилета на заданное расстояние КО выполняет тормозной импульс ΔV2 (4) для перевода на переходную эллиптическую орбиту вокруг Луны (6) с апоселением (7) в окрестности грависферы Луны (8) и высотой в диапазоне 60÷75 тыс. км. Затем КО продолжает полет по переходной орбите до следующего прихода в периселений. За счет гравитационных возмущений от Земли первоначальная переходная орбита (6) меняется и через виток принимает вид (11) с высотой периселения Нπ2 (3), соответствующей высоте периселения целевой орбиты. Затем в периселении высотой Нπ2 (3) выполняют тормозной импульс ΔV3 (10), завершающий переход КО на заданную круговую окололунную орбиту.In FIG. 3 shows a scheme for launching into a circular lunar orbit according to the proposed method. Initially, the spacecraft (1) with a take-off impulse ΔV 1 (2) from the near-earth orbit is transferred to the flight path to the moon with a passage relative to the moon at a given minimum distance Нπ 1 (5). After arriving at a given distance, the spacecraft performs a braking impulse ΔV 2 (4) to transfer to a transitional elliptical orbit around the moon (6) with a population (7) in the vicinity of the lunar gravity sphere (8) and a height in the range of 60-75 thousand km. Then, the spacecraft continues its flight in a transitional orbit until the next arrival in the peri-settlements. Due to gravitational perturbations from the Earth, the initial transitional orbit (6) changes and through the orbit takes the form (11) with a height of percussion Нπ 2 (3) corresponding to the height of percussion of the target orbit. Then, in an overpopulation with a height of Нπ 2 (3), a braking impulse ΔV 3 (10) is performed, which completes the transition of the CR to a given circular near-moon orbit.

На фиг. 4 представлены график затрат характеристической скорости для биэллиптического перехода по трехимпульсной схеме (12) на полярную (наклонение орбиты 90°) окололунную круговую орбиту высотой H=10 тыс. км и график времени выведения (13) в зависимости от значения высоты апоселения переходной орбиты. Расчеты проводились при перелете к Луне за 4.5 суток после выдачи отлетного импульса с околоземной круговой орбиты высотой 200 км и наклонением 51.6°. Дата прилета к Луне на высоту Нπ1=100 км - 01.12.27. Также, для сравнения представлены затраты характеристической скорости, полученные на ту же дату при использовании одноимпульсной схемы (14). Из графиков видно, что одноимпульсная схема требует большей суммарной характеристической скорости.In FIG. Figure 4 shows the graph of the characteristic velocity expenditures for a three-pulse transition according to a three-pulse scheme (12) to a polar (orbital inclination of 90 °) near-moon circular orbit with an altitude of H = 10 thousand km and a graph of the orbital time (13) depending on the value of the population height of the transitional orbit. The calculations were carried out during the flight to the Moon for 4.5 days after the issuance of a take-off impulse from a near-Earth circular orbit with a height of 200 km and an inclination of 51.6 °. The date of arrival to the Moon at a height of Hπ 1 = 100 km - 12/01/27. Also, for comparison, the characteristic velocity costs obtained on the same date using a single-pulse circuit (14) are presented. The graphs show that a single-pulse circuit requires a larger total characteristic speed.

На фиг. 5 представлены график затрат суммарной характеристической скорости ΔVΣ2 (15) для перехода на круговую окололунную орбиту высотой H=10 тыс. км по предлагаемому способу при старте от Земли с круговой орбиты высотой 200 км и наклонением 51.6° в зависимости от даты. Рассматривался диапазон дат отлета от Земли с 26.11.27 по 01.01.28, что заведомо превышает длительность лунного месяца (~27 дней). Также представлен график высот апоселения для каждой рассматриваемой даты (16). Из графика (15) видно, что значение ΔVΣ2 имеет циклический характер с периодом, соответствующим лунному месяцу и минимальное значение достигает 335 м/сек, что меньше минимального значения для биэллиптического перехода при Hα1=50 тыс. км на ~110 м/с. Из графика (16) видно, что начальная высота апоселения переходного эллипса в зависимости от даты варьируется от 63.5 до 74.5 тыс. км, т.е. находится в окрестности грависферы Луны.In FIG. Figure 5 shows the cost graph of the total characteristic velocity ΔV Σ2 (15) for transition to a circular lunar orbit with a height of H = 10 thousand km according to the proposed method, when starting from the Earth from a circular orbit with a height of 200 km and an inclination of 51.6 ° depending on the date. The range of dates of departure from Earth from 11/26/27 to 01/01/28 was considered, which obviously exceeds the duration of the lunar month (~ 27 days). A graph of apocalyptic heights for each considered date is also presented (16). It can be seen from graph (15) that the ΔV Σ2 value has a cyclic character with a period corresponding to the lunar month and the minimum value reaches 335 m / s, which is ~ 110 m / s lower than the minimum value for the belliptic transition at Hα 1 = 50 thousand km . It can be seen from graph (16) that the initial height of the population of the transition ellipse, depending on the date, varies from 63.5 to 74.5 thousand km, i.e. located in the vicinity of the moon’s gravisphere.

На фиг. 6 представлены графики изменения высоты апоселения (17) (пунктирная линия) и периселения (18) (сплошная линия) переходной окололунной орбиты при полете по двухимпульсной схеме. График соответствует дате прилета к Луне 01.12.27 г. Как видно из графика (17) высота апоселения после первого тормозного импульса ΔV2 в периселении гиперболической орбиты скачком увеличивается до 71 тыс. км. Затем, в течение витка под действием гравитационных возмущений от Земли высота апоселения снижается на 20 тыс. км до 51 тыс. км. Из графика (18) видно, что за виток высота периселения переходной орбиты увеличивается до заданной высоты 10 тыс. км. В периселении выполняется тормозной импульс ΔV3, снижающий скачкообразно высоту апоселения до 10 тыс. км и, тем самым, завершается переход на круговую окололунную орбиту.In FIG. Figure 6 shows the graphs of changes in the altitude of the settlement (17) (dashed line) and perisulation (18) (solid line) of the transitional lunar orbit during flight according to a two-pulse scheme. The graph corresponds to the date of arrival to the Moon on 12/01/27. As can be seen from graph (17), the population height after the first braking impulse ΔV 2 in the overpopulation of the hyperbolic orbit jumps up to 71 thousand km. Then, during a revolution, under the influence of gravitational perturbations from the Earth, the population height decreases by 20 thousand km to 51 thousand km. From the graph (18) it can be seen that per revolution the height of the perioperation of the transitional orbit increases to a predetermined height of 10 thousand km. In the overpopulation, a braking impulse ΔV 3 is performed, which decreases abruptly the height of the population to 10 thousand km and, thus, the transition to a circular near-moon orbit is completed.

Рассмотрим пример. Допустим нам необходимо вывести КО на высокую круговую окололунную орбиту высотой 10 тыс. км. Наиболее просто это выполнить по одноимпульсной схеме, как показано на фиг. 1. Для этого значение высоты периселения пролетной гиперболической орбиты должна быть равной высоте конечной круговой орбиты, т.е. Нπ1=10 тыс. км. При прохождении периселения выполняется тормозной импульс величиной около 667 м/с, что приводит к формированию круговой орбиты высотой 10 тыс.км.Consider an example. Suppose we need to bring the spacecraft to a high circular moon orbit with an altitude of 10 thousand km. This is most easily accomplished using a single-pulse circuit, as shown in FIG. 1. For this, the value of the height of the perisulation of the transit hyperbolic orbit should be equal to the height of the final circular orbit, ie Нπ 1 = 10 thousand km. During the passage of the overpopulation, a braking impulse of about 667 m / s is performed, which leads to the formation of a circular orbit 10 thousand km high.

Можно уменьшить эти затраты используя биэллиптический переход для межорбитального перехода в центральном поле тяготения небесного тела [3. Р.Ф. Аппазов, О.С. Сытин, «Методы проектирования траекторий носителей и спутников Земли», Наука, 1987]. Согласно [3] при соотношении начального и конечного радиуса орбит

Figure 00000005
биэллиптический переход становится оптимальнее гомановского перехода. Так как радиус орбиты Луны 1737 км, то при высотах окололунных орбит свыше 30 тыс. км оптимальнее становится биэллиптический переход. Биэллиптический переход не с круговой, а гиперболической орбиты траектории пролета Луны, позволяет получить энергетический выигрыш и при меньшей высоте конечной круговой орбиты [2]. Как показано в [2], при переходе на круговую орбиту высотой около 4.5 тыс. км суммарные затраты на переход будут меньше, чем при одноимпульсной схеме на 200 м/с. Для круговой орбиты высотой 10 тыс. км, в зависимости от высоты апоселения переходной эллиптической орбиты, можно уменьшить суммарные затраты от 100 до 250 м/с, что и показано на фиг. 4. Естественно, что в этом случае увеличивается время выведения на заданную орбиту от 1.5 до 4-х суток.It is possible to reduce these costs by using a belliptic transition for an interorbital transition in the central gravitational field of a celestial body [3. R.F. Appazov, O.S. Sytin, "Methods of designing the trajectories of carriers and satellites of the Earth", Nauka, 1987]. According to [3], with the ratio of the initial and final radius of the orbits
Figure 00000005
the belliptic transition becomes more optimal than the homanic transition. Since the radius of the Moon’s orbit is 1737 km, at heights of the near-moon orbits of more than 30 thousand km, the belliptic transition becomes more optimal. A belliptic transition not from a circular, but from a hyperbolic orbit of the trajectory of the passage of the Moon, allows one to obtain energy gain at a lower altitude of the final circular orbit [2]. As shown in [2], in the transition to a circular orbit with an altitude of about 4.5 thousand km, the total cost of the transition will be less than with a single-pulse circuit at 200 m / s. For a circular orbit with a height of 10 thousand km, depending on the height of the population of the transitional elliptical orbit, the total costs can be reduced from 100 to 250 m / s, as shown in FIG. 4. Naturally, in this case, the time to launch into a given orbit increases from 1.5 to 4 days.

Если апоселений переходной эллиптической орбиты будет находиться в окрестности грависферы Луны, то влияние гравитационного поля Земли начнет возмущать эту орбиту таким образом, что через виток полета по такой орбите высота периселения увеличится, а высота апоселения уменьшится. При правильно подобранной высоте Hα1 переходной орбиты, как показано на фиг. 6, через виток высота периселения изменится с Нπ1 до Нπ2 и без выполнения разгонного импульса в апоселении орбиты, как предусмотрено трехимпульсной схемой. Таким образом, для выведения КО на заданную орбиту достаточно при повторном прохождении периселения выполнить импульс формирования заданной высоты апоселения Нα2.If the populations of the transitional elliptical orbit are located in the vicinity of the moon’s gravisphere, then the influence of the Earth’s gravitational field will begin to perturb this orbit in such a way that through the orbit in such an orbit the height of the population will increase, and the height of the population will decrease. With a correctly selected height Hα 1 of the transitional orbit, as shown in FIG. 6, through the turn, the perisulation height will change from Нπ 1 to Нπ 2 and without an acceleration pulse in the orbit settling, as provided for by a three-pulse scheme. Thus, in order to bring KOs to a given orbit, it is sufficient to carry out the impulse of forming a given height of the population of Hα 2 during repeated passage of the perioperation.

Совокупное снижение высоты апоселения и поднятие высоты периселения за время полета КО в течение витка позволяет по сравнению с трехимпульсной схемой уменьшить суммарные затраты характеристической скорости для выведения на заданную окололунную орбиту. Так, представленные на фиг. 5 суммарные затраты характеристической скорости при выборе оптимальной даты для перелета показывают уменьшение более чем на 100 м/с.The combined decrease in the height of the settlement and the increase in the height of the resettlement during the flight of the spacecraft during the flight makes it possible, in comparison with the three-pulse scheme, to reduce the total cost of the characteristic speed to bring it to a given near-moon orbit. So, shown in FIG. 5, the total costs of the characteristic speed when choosing the optimal date for the flight show a decrease of more than 100 m / s.

Как и для трехимпульсной схемы, длительность двухимпульсного перехода увеличится до 6.5 суток за счет полета в течение витка по переходной эллиптической орбите с большой начальной высотой апоселения Hα1, но в случае полета беспилотного корабля этот фактор не является критичным.As for the three-pulse scheme, the duration of the two-pulse transition will increase to 6.5 days due to the flight during the orbit in a transitional elliptical orbit with a large initial population height Hα 1 , but in the case of an unmanned spacecraft flight this factor is not critical.

Также необходимо отметить, что гравитационное возмущение от Земли, за время полета по переходной эллиптической орбите будет менять и наклонение заданной орбиты. В примере, в зависимости от даты это отклонение составляло от 15 до 25 градусов. Парировать это возмущение можно изменив начальное наклонение орбиты прилета к Луне на нужную величину (~15÷25 градусов).It should also be noted that the gravitational perturbation from the Earth during the flight in a transitional elliptical orbit will also change the inclination of a given orbit. In the example, depending on the date, this deviation ranged from 15 to 25 degrees. This perturbation can be countered by changing the initial inclination of the orbit of arrival to the Moon by the desired value (~ 15–25 degrees).

Предлагаемый способ позволит уменьшить суммарную характеристическую скорость на выведение КО на высокую круговую окололунную орбиту. Так если за единицу измерения взять расход характеристической скорости на выведение по одноимпульсной схеме, то расход по способу прототипу составит от 66 до 85%, а по предлагаемому способу 50%. При доставке на высокую круговую окололунную орбиту КО массой 7тн дополнительное увеличение полезного груза по сравнению с трехимпульсной схемой может составить около 250 кг.The proposed method will reduce the total characteristic speed for the launch of TO in a high circular lunar orbit. So, if we take the consumption of the characteristic speed for elimination according to a single-pulse scheme as a unit of measurement, then the consumption by the prototype method will be from 66 to 85%, and by the proposed method 50%. When delivered to a high circular near-moon orbit of a spacecraft with a mass of 7 tons, an additional increase in the payload compared to the three-pulse scheme can be about 250 kg.

Предлагаемый способ может быть использован при доставке грузов на перспективную станцию, расположенную на высокой круговой окололунной орбите.The proposed method can be used for the delivery of goods to a promising station located in a high circular lunar orbit.

Claims (1)

Способ управления движением космического объекта при перелете с орбиты вокруг Земли на орбиту вокруг Луны, включающий выполнение космическим объектом отлетного импульса для перелета от Земли к Луне по траектории с пролетом относительно Луны на заданной высоте, по достижении которой выполняют тормозной импульс для перевода космического объекта на целевую эллиптическую орбиту вокруг Луны, отличающийся тем, что определяют эллиптическую орбиту с апоселением высотой Нα в диапазоне 60÷75 тыс. км в окрестности грависферы Луны, у которой за счет гравитационных возмущений от Земли через виток изменится высота периселения до значения высоты периселения целевой орбиты Нπ, затем по значению высоты апоселения Нα корректируют тормозной импульс, который прикладывают к космическому объекту, а через виток при прохождении периселения высотой Нπ выполняют заключительный тормозной импульс для формирования целевой эллиптической орбиты вокруг Луны.A method for controlling the motion of a space object during a flight from orbit around the Earth to an orbit around the Moon, including the spacecraft performing a take-off impulse for a flight from Earth to the Moon along a path with a passage relative to the Moon at a given height, after which a braking pulse is performed to transfer the space object to the target an elliptical orbit around the Moon, characterized in that they define an elliptical orbit with a population of height Hα in the range of 60–75 thousand km in the vicinity of the moon’s gravisphere, which t of gravitational perturbations from the Earth through the orbit, the altitude of the perisulation will change to the value of the altitude of the population of the target orbit Нπ, then the braking impulse, which is applied to the space object, is adjusted by the value of the height of the population Нα, and the final braking impulse is performed through the revolution when the passage of height is carried out by Нπ to form the target elliptical orbits around the moon.
RU2018144592A 2018-12-14 2018-12-14 Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit RU2709951C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144592A RU2709951C1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144592A RU2709951C1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709951C1 true RU2709951C1 (en) 2019-12-23

Family

ID=69022937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144592A RU2709951C1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709951C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA002665B1 (en) * 1997-04-24 2002-08-29 Галакси Девелопмент, Ллс Satellite inclination changes using weak stability boundaries
RU2614464C2 (en) * 2015-09-15 2017-03-28 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Spacecraft control method for flying around moon

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA002665B1 (en) * 1997-04-24 2002-08-29 Галакси Девелопмент, Ллс Satellite inclination changes using weak stability boundaries
RU2614464C2 (en) * 2015-09-15 2017-03-28 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Spacecraft control method for flying around moon

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.И. Левантовский. Механика космического полета в элементарном изложении. М., Наука, 1970, c.230-239, 243, 312-315. *
В.И. Левантовский. Механика космического полета в элементарном изложении. М., Наука, 1970, c.230-239, 243, 312-315. Эдвард Белбруно. Динамика захвата и хаотические движения в небесной механике, с приложениями к конструированию малоэнергетических перелётов. М.-И., 2011, с.161-166. *
Эдвард Белбруно. Динамика захвата и хаотические движения в небесной механике, с приложениями к конструированию малоэнергетических перелётов. М.-И., 2011, с.161-166. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102424116B (en) Method for optimizing orbital transfer strategy of geostationary orbit satellite
Wolf et al. Systems for pinpoint landing at Mars
CN109080854B (en) Orbit-changing planning method for large elliptical orbit of spacecraft returning to preset drop point
Austin et al. Enabling and Enhancing Science Exploration Across the Solar System: Aerocapture Technology for SmallSat to Flagship Missions
CN113602532A (en) Solid carrier rocket in-orbit correction method
CN103064423A (en) Multiple-constraint multi-spacecraft flight interval indicating and collision avoidance method
Gaudet et al. Adaptive guidance with reinforcement meta-learning
Mathavaraj et al. ISRO’s Unprecedented Journey to the Moon
RU2709951C1 (en) Method of controlling movement of a space object during flight from an earth orbit to a moon orbit
RU2711822C1 (en) Method of controlling a spacecraft during a spacecraft flight from a near-moon orbit to a near-earth orbit
RU2725091C1 (en) Method of controlling space vehicle during flight of spacecraft from orbit of the moon to the earth's orbit
Forbes-Spyratos et al. Flyback of the SPARTAN Scramjet-Powered Launch Vehicle
RU2341418C2 (en) Method of spacecraft control with aid of powered gyroscopes and jet engines inclined to missile axes
Atchison et al. Double asteroid redirection test (dart) mission design and navigation for low energy escape
Gordienko et al. Optimization of the return trajectories from the moon for delivering soil to a specified region on the Earth’s surface
RU2596004C2 (en) Method for controlling spacecraft motion on active section of placing it into the orbit of planet artificial satellite
RU2724001C2 (en) Method of aerospace launching of small artificial satellites into near-earth orbit
RU2559430C2 (en) Control over spacecraft descent from earth artificial satellite orbit
Sostaric et al. Trajectory guidance for Mars robotic precursors: aerocapture, entry, descent, and landing
RU2537193C1 (en) Method of control over spacecraft descent in atmosphere of planets
Benito et al. Trajectory optimization for a Mars ascent vehicle
Jiang et al. A multi-impulse extended method for low-thrust trajectory optimization
Ivashkin On Particle’s Trajectories of Moon-to-Earth Space Flights with the Gravitational Escape from the Lunar Attraction.
Bokanowski et al. Global optimization approach for the climbing problem of multi-stage launchers
Ivashkin et al. Optimum trajectories for spacecraft mission to asteroid Apophis with a return to the Earth