RU2759372C1 - Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit - Google Patents

Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit Download PDF

Info

Publication number
RU2759372C1
RU2759372C1 RU2020125795A RU2020125795A RU2759372C1 RU 2759372 C1 RU2759372 C1 RU 2759372C1 RU 2020125795 A RU2020125795 A RU 2020125795A RU 2020125795 A RU2020125795 A RU 2020125795A RU 2759372 C1 RU2759372 C1 RU 2759372C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
orbit
energy
upper stage
launch
spacecraft
Prior art date
Application number
RU2020125795A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рафаил Фарвазович Муртазин
Никита Алексеевич Чудинов
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 RU2020125795A priority Critical patent/RU2759372C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759372C1 publication Critical patent/RU2759372C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/002Launch systems
    • 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
    • B64G1/242Orbits and trajectories
    • B64G1/2427Transfer orbits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: space technology.SUBSTANCE: invention relates to the removal of space objects (SO) using upper stage rockets (USR) into high-energy orbits (for example, to the Moon) in several stages according to a two-launch scheme. The method involves putting the SO into a near-Earth orbit and docking with a near-Earth station (NES). The USR is placed separately from the SO into a near-Earth reference orbit, and then into a coplanar coelliptic orbit relative to the NES with a height difference of ΔН, at which a rapid approach of the spacecraft and the USR is performed, followed by their docking. With the help of the latter, an impulse is applied to the bundle of SO and USR to switch to a high-energy orbit. In case of failure of the launch of the USR, the SO is able to wait for the next launch window as part of the NES (for example, for departure to the Moon).EFFECT: increase in the reliability of the transport system to the level characteristic of a single-start scheme, due to the use of the NES.1 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемый способ управления может быть использован в космической технике при сближении и стыковке космического объекта (КО), например пилотируемого корабля (ПК), с разгонным блоком (РБ), выводимым на околоземную орбиту, для выполнения маневров перелета на высокоэнергетические орбиты, например при отлете к Луне.The proposed control method can be used in space technology when approaching and docking a space object (SO), for example, a manned spacecraft (PC), with an upper stage (RB), launched into low-earth orbit, to perform maneuvers of a flight to high-energy orbits, for example, when flying to To the moon.

Известен способ управления движением активного КО при сближении с пассивным КО, например орбитальной станцией (ОС) [1. Муртазин Р.Ф. Способ управления движением космическим объектом при сближении с другим космическим объектом. Патент RU № 2657704 от 14.06.2018], выбранный в качестве аналога, который обеспечивает сближение и стыковку за два витка. Такой способ включает выведение активного КО на орбиту, плоскость которой пересекает орбитальную плоскость пассивного КО под углом 9, но с заданным рассогласованием по аргументу широты ΔФ. После чего в окрестности точки пересечения орбитальных плоскостей обоих КО выполняют импульс сближения, характеристики которого определяют по номинальным параметрам орбиты выведения, ликвидирующий рассогласование плоскостей. Затем с использованием бортовых измерений относительного положения обоих КО проводят расчет двухимпульсного маневра для перехода активного КО в окрестность пассивного КО, где сближение завершается автоматической стыковкой. Срочное выполнение первого импульса сближения, определенного по предстартовым расчетам, позволяет сократить длительность сближения до двух витков.There is a known method for controlling the movement of an active spacecraft when approaching a passive spacecraft, for example, an orbital station (OS) [1. Murtazin R.F. A method for controlling the movement of a space object when approaching another space object. Patent RU No. 2657704 dated 06/14/2018], selected as an analogue, which provides convergence and docking in two turns. This method includes launching an active SC into an orbit, the plane of which intersects the orbital plane of a passive SC at an angle of 9, but with a given mismatch in the latitude argument ΔF. Then, in the vicinity of the point of intersection of the orbital planes of both spacecraft, a rendezvous impulse is performed, the characteristics of which are determined by the nominal parameters of the launching orbit, eliminating the misalignment of the planes. Then, using onboard measurements of the relative position of both VOs, a two-pulse maneuver is calculated for the transition of the active VO to the vicinity of the passive VO, where the approach ends with automatic docking. The urgent execution of the first rendezvous impulse, determined from the prelaunch calculations, makes it possible to reduce the rendezvous duration to two orbits.

На фиг. 1 приведена схема выведения, используемая в аналоге, где: 1 - активный КО, 2 - пассивный КО, 3 - точка пересечения двух плоскостей под углом 9, где должен быть выполнен импульс, ликвидирующий рассогласование плоскостей, 4 - заданное рассогласование по аргументу широты ΔФ между объектами в момент выведения активного КА в плоскость орбиты КО.FIG. 1 shows the extraction scheme used in the analogue, where: 1 - active KO, 2 - passive KO, 3 - the point of intersection of two planes at an angle of 9, where an impulse must be executed to eliminate the mismatch of the planes, 4 - the specified mismatch in the argument of latitude ΔF between objects at the moment of launching the active spacecraft into the spacecraft's orbital plane.

Недостатком этого способа является то, что после стыковки энергетические возможности орбитальной станции (ОС) не позволяют осуществить переход связки на высокоэнергетическую орбиту.The disadvantage of this method is that after docking, the energy capabilities of the orbital station (OS) do not allow the transfer of the bundle to a high-energy orbit.

Известен способ управления американским ПК «Джемии-11» при его сближении и стыковке с космическим аппаратом (КА)-мишенью «Аджена», выполнявшим также роль РБ [2. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди - под ред. Ю.М. Батурина, М, РТ Софт, 2005], выбранный в качестве прототипа, включающий выведение КО на околоземную орбиту, сближение и стыковку с РБ, автономно выводимым на околоземную орбиту, и приложение к образовавшейся связке перелетного импульса ΔVПРЛ с помощью РБ для перехода на высокоэнергетическую орбиту. Выведение ПК «Джемини-11» осуществлялось в орбитальную плоскость запущенного в те же сутки КА. Сближение было выполнено за один виток с использованием бортовых измерений относительного положения ПК и КА для определения характеристик импульсов сближения. После стыковки с помощью двигателей КА «Аджена», выполнявшего уже роль РБ, к связке был приложен импульс 280 м/с, обеспечивший ее переход на высокоэнергетическую орбиту с высотой апогея орбиты 1370 км.The known method of control of the American PC "Gemiya-11" during its approach and docking with the spacecraft (SC) -target "Agena", which also played the role of RB [2. World manned astronautics. History. Technique. People - ed. Yu.M. Baturina, M, RT Soft, 2005], selected as a prototype, including the launching of the spacecraft into a near-earth orbit, the rendezvous and docking with the RB, autonomously launched into the near-earth orbit, and the application of the transient impulse ΔV PRL to the resulting bundle with the help of the RB for the transition to a high-energy orbit. The launch of the Gemini-11 spacecraft was carried out into the orbital plane of the spacecraft launched on the same day. The rendezvous was performed in one orbit using onboard measurements of the relative positions of the spacecraft and spacecraft to determine the characteristics of rendezvous pulses. After docking with the help of the engines of the Agena spacecraft, which was already performing the role of the RB, an impulse of 280 m / s was applied to the bundle, which ensured its transition to a high-energy orbit with an orbital apogee altitude of 1370 km.

На фиг. 2 приведена схема полета прототипа ПК «Джемини-11», являющегося КО, с КА «Аджена», являющимся РБ, где: 5 - опорная орбита выведения КО, 6 - орбита РБ, являющаяся целевой орбитой для стыковки, 7 - импульсы перехода КО на орбиту РБ, 8 - отлетный импульс перехода на высокоэнергетическую орбиту ΔVПРЛ, 9 - высокоэнергетическая орбита. После выведения КО 1 на опорную орбиту 5 к нему были приложены импульсы 7 для перехода на целевую орбиту 6, где выполнялась стыковка КО 5 с РБ 2. После стыковки за счет энергетических характеристик РБ к связке из КО и РБ был приложен отлетный импульс ΔVПРЛ 8 для перехода на высокоэнергетическую орбиту 9.FIG. 2 shows the flight diagram of the prototype of the spacecraft Gemini-11, which is the KO, with the spacecraft Agena, which is the RB, where: 5 - the reference orbit of the launch of the KO, 6 - the orbit of the RB, which is the target orbit for docking, 7 - the pulses of the transfer of the spacecraft to RB orbit, 8 - outbound impulse of the transition to a high-energy orbit ΔV PRL , 9 - high-energy orbit. After launching KO 1 into reference orbit 5, pulses 7 were applied to it to transfer to target orbit 6, where the KO 5 was docked with RB 2. After docking due to the energy characteristics of the RB, a departure pulse ΔV PRL 8 to enter a high-energy orbit 9.

Недостатком этого способа является малая надежность двухпусковой схемы, т.к. в случае не запуска второго КА в срок потребуется досрочное прекращение полета первого КА ввиду ограничений на ресурс автономного полета.The disadvantage of this method is the low reliability of the two-start circuit, because if the second spacecraft is not launched on time, an early termination of the flight of the first spacecraft will be required due to limitations on the autonomous flight resource.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности транспортной системы, обеспечивающей отлет КО по двухпусковой схеме при использовании ОС.The technical result of the invention is to improve the reliability of the transport system, which ensures the departure of the KO by a two-start scheme when using the OS.

Технический результат достигается благодаря тому, что в способе управления транспортной системой при выполнении перелета на высокоэнергетическую орбиту, включающем выведение КО на околоземную орбиту, сближение и стыковку с РБ, автономно выводимым на околоземную орбиту, и приложение к образовавшейся связке перелетного импульса ΔVПРЛ с помощью РБ для перехода на высокоэнергетическую орбиту, в отличие от известного, КО предварительно стыкуют с ОС, а РБ выводят на опорную орбиту, пересекающую плоскость орбиты станции под углом θ, но с заданным рассогласованием по аргументу широты ΔФ, после чего к РБ прикладывают импульсы ΔVi, где i-1,2,…, характеристики которых определяют по номинальным параметрам опорной орбиты выведения РБ, для перехода на целевую орбиту, компланарную и коэллиптическую по отношению к орбите станции с разницей по высоте на величину ΔН, которую определяют с учетом фактического значения ΔФ, а затем отстыковывают космический объект от станции, для сближения с РБ на целевой орбите прикладывают к КО импульсы ΔVj, где j-1,2,…, характеристики которых определяют по фактическим параметрам целевой орбиты, стыкуют КО с РБ и прикладывают к образовавшейся связке перелетный импульс ΔVПРЛ для перехода на высокоэнергетическую орбиту с помощью РБ.The technical result is achieved due to the fact that in the method of controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit, including placing the spacecraft into a near-earth orbit, approaching and docking with an RB, autonomously launched into a near-earth orbit, and applying to the resulting bundle of a transient impulse ΔV PRL using RB to transfer to a high-energy orbit, in contrast to the known one, the SC is pre-docked with the OS, and the RB is put into a reference orbit that intersects the plane of the station's orbit at an angle θ, but with a given mismatch in the latitude argument ΔF, after which impulses ΔV i are applied to the RB, where i-1,2, ..., the characteristics of which are determined by the nominal parameters of the reference orbit of the launching of the RB, for the transition to the target orbit, coplanar and coelliptical with respect to the station orbit with a difference in height by the value of ΔH, which is determined taking into account the actual value of ΔF, and then undock the space object from the station, to approach the RB on the target th orbit, impulses ΔV j are applied to the SC, where j-1,2, ..., the characteristics of which are determined by the actual parameters of the target orbit, dock the SC with the RB and apply to the formed bundle a transfer pulse ΔV PRL to go to a high-energy orbit with the help of RB.

Двухпусковые схемы более экономичны за счет возможности использования ракет-носителей меньшей грузоподъемности. Возможность для ПК ожидания в составе ОС успешного старта РБ позволяет сохранить ресурс для автономного полета. Представленный способ обеспечивает проведение быстрого сближения и стыковки ПК с РБ, имеющим ограниченный срок функционирования, с последующим выполнением при оптимальных условиях отлета ПК на высокоэнергетическую орбиту.Two-launch schemes are more economical due to the possibility of using carrier rockets with a lower carrying capacity. The possibility for the PC to standby as part of the OS for a successful launch of the RB allows you to save the resource for autonomous flight. The presented method provides for fast rendezvous and docking of the spacecraft with an RB, which has a limited operating life, with subsequent execution under optimal conditions for the launch of the spacecraft into a high-energy orbit.

Технический результат в предлагаемом способе управления достигается за счет того, что с помощью квазикомпланарного выведения РБ и сближения с ПК, предварительно состыкованным с ОС, на орбите, коэллиптической к орбите ОС с разницей по высоте ΔН, обеспечиваются совместные условия для быстрого сближения ПК и РБ и для оптимального отлета к Луне.The technical result in the proposed control method is achieved due to the fact that with the help of quasi-coplanar launching of the RB and rendezvous with the PC, previously docked with the OS, in an orbit coelliptical to the OS orbit with a difference in height ΔH, joint conditions are provided for the rapid convergence of the PC and RB and for optimal flight to the moon.

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

на фиг. 1 представлена схема выведения аналога на опорную орбиту при сдвиге времени старта, обеспечивающая рассогласование плоскостей орбит на угол θ,in fig. 1 shows a scheme of injecting an analogue into a reference orbit with a start time shift, which provides a mismatch of the orbital planes by an angle θ,

на фиг. 2 представлена схема полета прототипа при выполнении перехода на высокоэнергетическую орбиту,in fig. 2 shows the flight diagram of the prototype during the transition to a high-energy orbit,

на фиг. 3 представлена схема перехода РБ с опорной орбиты выведения и КО с орбиты ОС на целевую орбиту, коэллиптическую орбите ОС с разницей по высоте ΔН,in fig. 3 shows a diagram of the transition of the RB from the reference orbit of injection and SC from the orbit of the OS to the target orbit, the coelliptical orbit of the OS with the difference in height ΔH,

на фиг. 4 представлена двухимпульсная схема перелета КО с орбиты ОС на целевую коэллиптическую орбиту с разницей по высоте ΔН для стыковки с РБ,in fig. 4 shows a two-pulse scheme of the spacecraft transfer from the OS orbit to the target coelliptical orbit with a difference in height ΔH for docking with the RB,

на фиг. 5 представлены графики затрат характеристической скорости РБ на сближение с КО в зависимости от начального рассогласования по аргументу широты ΔФ между объектами при различных значениях разницы по высоте ΔН между целевой коэллиптической орбитой и орбитой ОС,in fig. 5 shows the graphs of the costs of the characteristic velocity of the RB for the rendezvous with the spacecraft, depending on the initial mismatch in the argument of latitude ΔФ between the objects for different values of the difference in height ΔН between the target coelliptical orbit and the orbit of the OS,

на фиг. 6 показана циклограмма предлагаемого способа управления транспортной системой при выполнении перелета на высокоэнергетическую орбиту.in fig. 6 shows the cyclogram of the proposed method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit.

На этих фигурах отмечены следующие позиции:The following positions are marked on these figures:

1 - активный КО, 2 - пассивный КО, 3 - точка пересечения двух плоскостей под углом θ, где должен быть выполнен импульс, ликвидирующий рассогласование плоскостей, 4 - заданное рассогласование по аргументу широты ΔФ между объектами в момент выведения активного КА в плоскость орбиты КО, 5 - опорная орбита выведения КО, 6 - орбита РБ, являющаяся целевой орбитой для стыковки, 7 - импульсы перехода КО на орбиту РБ, 8 - отлетный импульс перехода на высокоэнергетическую орбиту ΔVПРЛ, 9 - высокоэнергетическая орбита, 10 - орбита ОС, 11 - разница по высоте АН между целевой коэллиптической орбитой и орбитой ОС, 12 -импульсы для перехода КО с орбиты ОС на целевую орбиту, 13 - диапазон допустимых значений рассогласования по аргументу широты ΔФ, позволяющий провести сближение в компланарной постановке, 14 - диапазон допустимых значений рассогласования по аргументу широты ΔФ, позволяющий провести сближение в квазикомпланарной постановке.1 - active SC, 2 - passive SC, 3 - the point of intersection of two planes at an angle θ, where an impulse must be executed to eliminate the mismatch of the planes, 4 - the specified mismatch in the argument of latitude ΔФ between the objects at the moment the active spacecraft is launched into the plane of the SC orbit, 5 - reference orbit for launching the SC, 6 - orbit of the RB, which is the target orbit for docking, 7 - pulses of the transfer of the SC to the orbit of the RB, 8 - departure pulse of the transition to a high-energy orbit ΔV PRL , 9 - high-energy orbit, 10 - orbit of the OS, 11 - the difference in altitude AH between the target coelliptical orbit and the OS orbit, 12 are the pulses for the transfer of the SO from the OS orbit to the target orbit, 13 is the range of admissible values of the mismatch in the latitude argument ΔF, which allows the rendezvous in a coplanar setting, 14 is the range of admissible mismatch values in the argument of latitude ΔФ, which makes it possible to carry out the approach in a quasi-coplanar formulation.

Предлагаемый способ рассмотрим на примере ПК, который должен быть переведен на отлетную траекторию к Луне. Предварительно ПК выводят на орбиту и стыкуют с ОС, в составе которой экипаж ожидает успешного запуска РБ на дату появления баллистических условий для отлета к Луне. После запуска РБ переходит на орбиту, коэллиптическую орбите ОС, а ПК расстыкуется с ОС и также переходит на коэллиптическую орбиту, где стыкуется с РБ. После стыковки к связке с помощью РБ прикладывается перелетный импульс ΔVПРЛ для отлета к Луне.Let us consider the proposed method using the example of a PC, which must be transferred to a departure trajectory to the Moon. The spacecraft is preliminarily put into orbit and docked with the OS, in which the crew expects a successful launch of the RB on the date of the appearance of ballistic conditions for departure to the Moon. After launch, the RB goes into orbit, the coelliptical orbit of the OS, and the PC undocks from the OS and also goes into the coelliptical orbit, where it joins the RB. After docking, a flight impulse ΔV PRL is applied to the bundle with the help of the RB to fly off to the Moon.

Успешный запуск РБ еще не обеспечивает благоприятных условий для реализации быстрого сближения РБ и ПК, находящегося в это время на ОС. Так, например, рассогласование по аргументу широты ΔФ при сближении за два витка должно находиться в узком оптимальном диапазоне в 15° [3.Р. Муртазин «Двухвитковая схема сближения космического корабля «Союз» с международной космической станцией», ж. Космонавтика и Ракетостроение ЦНИИМаш, 2017 (1) № 94, с. 30-37], а фактическое рассогласование в оптимальную дату для перелета к Луне может быть в диапазоне от 0 до 360°.The successful launch of the RB does not yet provide favorable conditions for the implementation of the rapid convergence of the RB and the PC that is at that time on the OS. So, for example, the discrepancy in the latitude argument ΔФ when approaching in two turns should be in a narrow optimal range of 15 ° [3.R. Murtazin "Two-turn diagram of the rendezvous of the Soyuz spacecraft with the International Space Station", w. Cosmonautics and Rocket Engineering TsNIIMash, 2017 (1) No. 94, p. 30-37], and the actual misalignment on the optimal date for the flight to the Moon can be in the range from 0 to 360 °.

Для расширения условий проведения сближения используют квазикомпланарное выведение, описанное в [1]. При этом время запуска РБ смещают таким образом, чтобы рассогласование с ПК по аргументу широты ΔФ оказалось в оптимальном диапазоне, а возникающий при этом угол рассогласования орбитальных плоскостей ПК и РБ θ частично ликвидируют за счет изменения азимута выведения ракеты-носителя (РН). После выведения на опорную орбиту к РБ прикладывают импульсы перехода на целевую орбиту, характеристики которых определены по предстартовым расчетам без проведения измерений параметров фактической орбиты. Дополнительное расширение допустимых фазовых условий по ΔФ можно получить варьированием разницей по высоте АН между орбитой ОС и коэллиптической орбитой. Переход ПК на коэллиптическую орбиту выполняют за полвитка после отстыковки от ОС путем приложения двух импульсов, характеристики которых определяются по фактическим параметрам орбиты РБ, и проводят стыковку ПК и РБ. После стыковки выполняют отлетный импульс ΔVПРЛ к Луне в момент, когда упреждающий угол между плоскостью орбиты отлета и направлением Земля-Луна составляет 33-60°, что обеспечивает перелет к Луне за 2.5 - 4.5 дня [4. «Основы теории полета КА» под ред. Г.С. Нариманова, М, Машиностроение, 1972].To expand the conditions for the rendezvous, the quasi-coplanar launch described in [1] is used. In this case, the launch time of the RB is shifted so that the mismatch with the SC in terms of the latitude argument ΔF is in the optimal range, and the resulting angle of mismatch of the orbital planes of the SC and RB θ is partially eliminated by changing the launch azimuth of the launch vehicle (LV). After insertion into the reference orbit, pulses of the transfer to the target orbit are applied to the RB, the characteristics of which are determined from pre-launch calculations without measuring the parameters of the actual orbit. An additional expansion of the permissible phase conditions in ΔF can be obtained by varying the difference in height AH between the orbit of the OS and the coelliptical orbit. The transfer of the PC to a coelliptical orbit is performed in half a turn after undocking from the OS by applying two pulses, the characteristics of which are determined by the actual parameters of the RB orbit, and the PC and RB are docked. After docking, the departure pulse ΔV PRL to the Moon is performed at the moment when the advance angle between the plane of the departure orbit and the Earth-Moon direction is 33-60 °, which provides a flight to the Moon in 2.5 - 4.5 days [4. "Fundamentals of spacecraft flight theory" ed. G.S. Narimanov, M, Mechanical Engineering, 1972].

На фиг. 3 представлена схема сближения и стыковки на целевой орбите. РБ 2 выводят на опорную орбиту 5 с заданным рассогласованием по аргументу широты ΔФ 4 относительно ОС. Затем к РБ прикладывают импульсы 7, характеристики которых определены по предстартовым расчетам, для перехода на целевую орбиту 6, коэллиптическую к орбите ОС 10 с разницей по высоте ΔН 11. Затем КО 1 отстыковывают от ОС и прикладывают к нему импульсы 12, характеристики которых определены по фактическим параметрам целевой орбиты 6, для стыковки с РБ.FIG. 3 shows a scheme of rendezvous and docking in the target orbit. RB 2 is put into reference orbit 5 with a given mismatch in the argument of latitude ΔF 4 relative to the OS. Then pulses 7 are applied to the RB, the characteristics of which are determined by pre-launch calculations, to transfer to the target orbit 6, coelliptical to the orbit of OS 10 with a difference in height ΔH 11. Then KO 1 is undocked from the OS and pulses 12 are applied to it, the characteristics of which are determined by the actual parameters of the target orbit 6, for docking with the RB.

На фиг. 4 в орбитальной системе координат (ОСК), связанной с ОС, подробно представлена двухимпульсная схема перелета КО с орбиты ОС на целевую орбиту. После отстыковки КО 1 от ОС к нему прикладывают импульсы 12, характеристики которых определены по фактическим параметрам целевой орбиты 6, которая номинально в ОСК должна представлять горизонтальную прямую вдоль оси X ОСК с разницей по высоте ΔН 11.FIG. 4 in the orbital coordinate system (OSK) associated with the OS, a two-pulse scheme of the SC transfer from the OS orbit to the target orbit is presented in detail. After undocking the KO 1 from the OS, pulses 12 are applied to it, the characteristics of which are determined by the actual parameters of the target orbit 6, which nominally in the OCS should represent a horizontal straight line along the X-axis of the OCS with a difference in height ΔH 11.

На графиках затрат характеристической скорости РБ при сближении с КО (фиг. 5) сплошными линиями 13 обозначены затраты, соответствующие выведению РБ в плоскость орбиты ОС. При этом отсутствует рассогласование плоскостей 3, показанное на фиг. 1. Допустимый диапазон начального рассогласования по аргументу широты ΔФ между РБ и ОС, соответствующий горизонтальной «полке», достаточно узкий и не превышает 15°. За счет квазикомпланарного выведения расширенный диапазон 14 составляет уже 70°. Варьируя разницей высот орбит ОС и целевой коэллиптической орбиты ΔН в диапазоне 5÷100 км удается расширить его до 80°, что с высокой вероятностью обеспечит совместные условия для быстрого сближения и отлета на заданную высокоэнергетическую орбиту, например к Луне.On the graphs of the costs of the characteristic velocity of the RB when approaching the KO (Fig. 5), solid lines 13 indicate the costs corresponding to the launch of the RB into the plane of the OS orbit. In this case, there is no misalignment of the planes 3 shown in FIG. 1. The admissible range of the initial mismatch in the argument of latitude ΔF between RB and OS, corresponding to the horizontal "shelf", is rather narrow and does not exceed 15 °. Due to the quasi-coplanar launch, the extended range 14 is already 70 °. Varying the difference in the heights of the orbits of the OS and the target coelliptical orbit ΔН in the range of 5 ÷ 100 km, it is possible to expand it to 80 °, which with a high probability will provide joint conditions for fast approach and departure to a given high-energy orbit, for example, to the Moon.

После выведения РБ 2 на опорную орбиту (фиг. 6) его тремя импульсами 7 переводят на целевую коэллиптическую орбиту, после чего КО 1 отстыковывают от ОС, с помощью двух импульсов 12 переводят на целевую орбиту и стыкуют с РБ. После стыковки за счет энергетики РБ выполняют отлетный импульс 8 для перехода связки на высокоэнергетическую орбиту.After launching RB 2 into the reference orbit (Fig. 6), it is transferred to the target coelliptical orbit by three pulses 7, after which the KO 1 is undocked from the OS, with the help of two pulses 12 is transferred to the target orbit and docked with the RB. After docking, due to the power of the RB, a departure impulse 8 is performed to transfer the bundle to a high-energy orbit.

Рассмотрим пример. Допустим необходимо вывести КО на лунную орбиту. Для отлета к Луне потребуется отлетный импульс VОТЛ около 3150 м/с [4]. Как правило, энергетических возможностей КО для выполнения такого большого импульса недостаточно, и для этого используют РБ. Простым решением этой задачи является совместный запуск КО и РБ. Но однопусковая схема потребует использования сверхтяжелой РН. Использование двухпусковой схемы с раздельным стартом КО и РБ позволяет существенно снизить требование к тяговооруженности РН. Для перелета на высокоэнергетические орбиты наиболее эффективно использовать РБ, заправленные низкокипящими компонентами, например, парой кислород-водород. В качестве недостатков нужно отметить, что промежуток времени между запуском РБ и выполнением отлетного импульса VОТЛ небольшой и составляет несколько часов. Момент приложения отлетного импульса выбирается из условия перелета на заданную лунную орбиту. Наиболее просто это условие обеспечивается при старте с Земли выведением КО и РБ на орбиту, плоскость которой удовлетворяет условию отлета к Луне. Учитывая функциональную ограниченность РБ по времени, очевидно, первым должен выводиться КО. Недостатком этого является низкая надежность схемы, т.к. в случае не запуска РБ в срок уже КО вынужден будет досрочно прекратить полет. Использование ОС, на которой КО сможет дождаться запуска РБ, позволяет повысить надежность. В этом случае проблемой становится необходимость совмещения условий для быстрого сближения КО и РБ и для отлета к Луне. Последнее условие повторяется раз в 9-11 дней [5. Р. Муртазин «Транспортная космическая система для обеспечения эксплуатации окололунной орбитальной структуры», ж. Космонавтика и Ракетостроение ЦНИИМаш, 2017 (2) № 95 с. 55-63] поэтому нужно стремиться, чтобы в случае не запуска в РБ срок в следующее окно старта к Луне выполнялись условия для быстрого сближения РБ и КО, ожидающего старта РБ на ОС. Для этого надо стремиться к увеличению допустимого фазового диапазона для проведения быстрого сближения. Для этого используется квазикомпланарное выведение и варьирование высотой ΔН целевой коэллиптической орбиты.Let's look at an example. Let's say it is necessary to put the spacecraft into the lunar orbit. To fly to the Moon, an outbound impulse V OTL of about 3150 m / s is required [4]. As a rule, the energy capabilities of the KO are not enough to execute such a large impulse, and RB is used for this. A simple solution to this problem is the joint launch of KO and RB. But a single-launch scheme will require the use of a super-heavy launch vehicle. The use of a two-start scheme with separate start of the spacecraft and the missile launcher makes it possible to significantly reduce the requirement for the thrust-to-weight ratio of the launch vehicle. For a flight to high-energy orbits, it is most effective to use RBs fueled with low-boiling components, for example, an oxygen-hydrogen pair. As disadvantages, it should be noted that the time interval between the launch of the RB and the execution of the departure pulse V OTL is short and amounts to several hours. The moment of application of the outbound pulse is selected from the condition of the transfer to a given lunar orbit. This condition is most simply ensured when launching from the Earth by placing the SC and RB into an orbit, the plane of which satisfies the condition of departure to the Moon. Taking into account the functional limitations of RB in time, it is obvious that KO should be displayed first. The disadvantage of this is the low reliability of the circuit. if the RB is not launched on time, the KO will be forced to prematurely terminate the flight. The use of an operating system on which the KO can wait for the launch of the RB can improve reliability. In this case, the problem becomes the need to combine the conditions for the rapid convergence of SO and RB and for flight to the Moon. The last condition is repeated every 9-11 days [5. R. Murtazin "Space transport system to ensure the operation of a circumlunar orbital structure", Zh. Cosmonautics and Rocket Engineering TsNIIMash, 2017 (2) No. 95 p. 55-63], therefore, it is necessary to strive to ensure that, in the event of a non-launch in RB, the conditions for the rapid convergence of RB and SC awaiting the launch of RB on the OS are met in the next launch window to the Moon. For this, it is necessary to strive to increase the permissible phase range for fast convergence. For this, quasi-coplanar injection and variation in height ΔН of the target coelliptical orbit are used.

Пусть в плановую дату начальный фазовый угол составлял -15°, что соответствует левой границе расширенного диапазона 14 при разнице по высоте ΔН=5 км. Если орбита ОС является кратной орбитой, то через кратное число дней фазовые условия для сближения повторяются [4]. На орбите пятисуточной кратности каждые сутки фазовые условия смещаются на ~70°. Таким образом, через 10 плюс 1 день, т.е. к моменту появления очередного окна для отлета к Луне условия для быстрого сближения соответствуют уже правой границе расширенного фазового диапазона 14 при разнице в высоте ΔН=100 км.Let the initial phase angle be -15 ° on the planned date, which corresponds to the left border of the extended range 14 with a difference in height ΔH = 5 km. If the OS orbit is a multiple orbit, then after a multiple number of days the phase conditions for the rendezvous are repeated [4]. In an orbit of five-day multiplicity, the phase conditions shift by ~ 70 ° every day. Thus, after 10 plus 1 day, i.e. by the time of the appearance of the next window for departure to the Moon, the conditions for fast approach correspond already to the right boundary of the extended phase range 14 with a difference in altitude ΔH = 100 km.

Представленный пример выполнения предложенного способа показывает возможность реализации двухпусковой схемы для отлета к Луне с одновременным обеспечением условий для быстрого сближения КО и РБ.The presented example of the implementation of the proposed method shows the possibility of implementing a two-launch scheme for flying off to the Moon while simultaneously providing conditions for the rapid convergence of the spacecraft and the RB.

Предлагаемый способ может быть использован при доставке пилотируемого КК на полярную окололунную орбиту.The proposed method can be used to deliver a manned spacecraft to a polar circumlunar orbit.

Claims (1)

Способ управления транспортной системой при выполнении перелета на высокоэнергетическую орбиту, включающий выведение космического объекта на околоземную орбиту, сближение и стыковку с разгонным блоком, автономно выводимым на околоземную орбиту, и приложение к образовавшейся связке перелетного импульса ΔVПРЛ с помощью разгонного блока для перехода на высокоэнергетическую орбиту, отличающийся тем, что космический объект предварительно стыкуют с околоземной станцией, а разгонный блок выводят на опорную орбиту, пересекающую плоскость орбиты станции под углом θ, и с заданным рассогласованием по аргументу широты ΔФ, после чего к разгонному блоку прикладывают импульсы ΔVi, где i=1,2,…, характеристики которых определяют по номинальным параметрам опорной орбиты выведения разгонного блока, для перехода на целевую орбиту, компланарную и коэллиптическую по отношению к орбите станции с разницей по высоте на величину ΔН, которую определяют с учетом фактического значения ΔФ, а затем отстыковывают космический объект от станции, для сближения с разгонным блоком на целевой орбите прикладывают к космическому объекту импульсы ΔVj, где j=1,2,…, характеристики которых определяют по фактическим параметрам целевой орбиты, стыкуют космический объект с разгонным блоком и прикладывают к образовавшейся связке перелетный импульс ΔVПРЛ для перехода на высокоэнергетическую орбиту с помощью разгонного блока.A method for controlling a transport system during a flight to a high-energy orbit, including injecting a space object into a low-energy orbit, approaching and docking with an upper stage autonomously launched into a low -energy orbit, and applying a transfer pulse ΔV PRL to the resulting bundle with the help of an upper stage to transfer to a high-energy orbit , characterized in that the space object is pre-docked with the near-earth station, and the upper stage is put into a reference orbit crossing the station's orbit plane at an angle θ, and with a given mismatch in the latitude argument ΔФ, after which pulses ΔV i are applied to the upper stage, where i = 1,2, ..., the characteristics of which are determined by the nominal parameters of the reference orbit of the injection of the upper stage, for the transition to the target orbit, coplanar and coelliptical with respect to the station orbit with a difference in height by the value ΔН, which is determined taking into account the actual value of ΔФ, and then undock a space object from the station, to approach the upper stage in the target orbit, impulses ΔV j are applied to the space object, where j = 1,2, ..., the characteristics of which are determined by the actual parameters of the target orbit, the space object is connected to the upper stage and applied to the resulting bundle transient impulse ΔV PRL for the transition to a high-energy orbit using the upper stage.
RU2020125795A 2020-07-28 2020-07-28 Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit RU2759372C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125795A RU2759372C1 (en) 2020-07-28 2020-07-28 Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125795A RU2759372C1 (en) 2020-07-28 2020-07-28 Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759372C1 true RU2759372C1 (en) 2021-11-12

Family

ID=78607330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020125795A RU2759372C1 (en) 2020-07-28 2020-07-28 Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759372C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6669148B2 (en) * 2001-03-07 2003-12-30 Constellation Services International, Inc. Method and apparatus for supplying orbital space platforms using payload canisters via intermediate orbital rendezvous and docking
RU2562902C1 (en) * 2014-02-06 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method to control motion of docked space objects
RU2614466C2 (en) * 2015-07-20 2017-03-28 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Space transport system control method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6669148B2 (en) * 2001-03-07 2003-12-30 Constellation Services International, Inc. Method and apparatus for supplying orbital space platforms using payload canisters via intermediate orbital rendezvous and docking
RU2562902C1 (en) * 2014-02-06 2015-09-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method to control motion of docked space objects
RU2614466C2 (en) * 2015-07-20 2017-03-28 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Space transport system control method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СРАВНЕНИЕ СХЕМ ПОЛЁТА НА ЛУНУ: US, РФ, СССР - newcomerstudio 2018-02-20. Интернет: https://newcomerstudio.livejournal.com/14551.html. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. Под ред. Ю.М. Батурина. М.: "РТСофт", 2005, с. 76. *
СРАВНЕНИЕ СХЕМ ПОЛЁТА НА ЛУНУ: США, РФ, СССР - newcomerstudio 2018-02-20. Интернет: https://newcomerstudio.livejournal.com/14551.html. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. Под ред. Ю.М. Батурина. М.: "РТСофт", 2005, с. 76. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Klesh et al. MarCO: Early operations of the first CubeSats to Mars
Cheetham Cislunar autonomous positioning system technology operations and navigation experiment (Capstone)
JPH1179100A (en) Artificial satellite launching method and artificial satellite launching system
Gaias et al. The autonomous vision approach navigation and target identification (AVANTI) experiment: objectives and design
US6341749B1 (en) Method of simultaneously reducing inclination and eccentricity for geostationary orbit transfer
Woodard et al. ARTEMIS: the first mission to the lunar libration orbits
RU2614466C2 (en) Space transport system control method
Braun et al. CloudSat's A-Train exit and the formation of the C-Train: An orbital dynamics perspective
Foust et al. Automated rendezvous and docking using tethered formation flight
RU2759372C1 (en) Method for controlling the transport system when performing a flight to a high-energy orbit
CN115072007B (en) Full electric propulsion satellite orbit transfer method based on autonomous mission planning
RU2490181C1 (en) Method of control over active space object to be docked to passive space object
RU2657704C1 (en) Space object motion control method in case of approach to another space object
Milligan et al. SMART-1 electric propulsion: an operational perspective
RU2573015C2 (en) Multimodule spacecraft for cleaning up geostationary orbit and method of cleaning up geostationary orbit
Collins et al. Autonomous constellation maintenance system
Beerer et al. Operation the dual-orbiter GRAIL mission to measure the Moon’s gravity
RU2759360C1 (en) Method for controlling the movement of a space object when approaching another space object
Tsuda et al. Earth-Ryugu round-trip trajectory design and operation result
Ito et al. Reliable and Robust Implementation of Attitude Determination and Control Subsystem and Initial Flight Operation Results of 50-kg Class Interplanetary Spacecraft Procyon
RU2734705C1 (en) Spacecraft control method during flight to moon
Moessner et al. CAT Differential Drag Implementation and Lessons Learned
Votta et al. DAVID The First 6U Cubesat Mission of the Italian Space Agency Programme Iperdrone as Demonstration of New On Orbit Services Performed by Space Drones
Tsuda et al. Trajectory navigation and guidance operation toward Earth swing-by of asteroid sample return mission “Hayabusa2”
Gardner et al. CAPSTONE: Mission Updates and Ongoing Efforts at the Moon