Download - Ю.А.Николаева
ЛАБОРАТОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ, СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ
Анализ возможного времени запуска космического аппарата для траекторий к точке L2 системы Земля-Луна
Ю.А.НиколаеваНаучный руководитель: С.А.Аксенов, доцент кафедры механики и математического моделирования ФПМиК МИЭМ НИУ ВШЭ
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
2
Точки Лагранжа
Точки Лагранжа (либрации) – точки, в которых тело с меньшей массой может оставаться неподвижным относительно двух более массивных тел.
Изучаемая точка – точка L2. Находится за Луной, является точкой неустойчивого равновесия.
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
3
Возможности перелета к L2• Существуют 2 варианта перелета к точке L2
• Преимущество непрямого перелета: значительное сокращение суммарного импульс
• Недостаток: большее количество маневров
Прямой перелет Непрямой перелет
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
4
Приложение миссий к L2 и непрямой перелет
Подробно рассмотрен в статье “New Approaches For Human Deep-Space Exploration”, D. Dunham, R. Farquhar, N. Eismont, E. Chumachenko, представлена на ISSFD, Пасадена, Калифорния, октябрь 2012.
Использование:• Изучение обратной стороны Луны и околоземных объектов• Основа для более сложных траекторий (включающих квазистационарные орбиты)• Основа для реализации миссий за пределы системы Земля-Луна
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
5
Основные параметры
• Общее время полета• Суммарный импульс• Время, когда аппарат виден/не виден с
Земли• Степень освещенности обратной стороны
Луны
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
6
Характеристики• Время вылета: 23 июня 2021 г., 18.06• 4 маневра (TTI – 3,14 км/с, S1 – 191 м/с, S2 – 171 м/с, Orbit Normal – 24 м/с)• Суммарный импульс 386 м/с• Общее время полета – 17 дней
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
7
Расчет траектории в пакете GMAT
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
8
Окна запуска
• Из-за изменения наклонения плоскости эклиптики, аппарат можно запустить с Земли на указанную траекторию в небольшой промежуток времени каждый день. Такой промежуток времени назовем окном запуска.
• Выбор дат обусловлен степенью освещенности обратной стороны Луны.
• Длительность, время начала и окончания окна зависят от многих параметров (в т.ч. расстояние от Земли до Луны, расположение планет).
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
9
Окна запуска (май, июнь, июль)
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
31 jul30 jul 29 jul28 jul27 jul
1 jul30 jun29 jun28 jun 27 jun
1 jun31 may30 may29 may28 may
16:47 17:12 17:36 18:01 18:25 18:50 19:14 19:39 20:03 20:28 20:52
10
Суммарный импульс
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
-0.02 -3.12250225675825E-17 0.020.320000000000001
0.340000000000001
0.360000000000001
0.380000000000001
0.400000000000001
0.420000000000001
0.440000000000001
0.460000000000001
0.480000000000001
0.500000000000001
30 may, 20:32:37 31 may, 20:34:56
27 jun, 18:45:29 30 jun, 18:57:11
27 jul, 17:05:03 29 jul, 17:25:44
Время, сутки
Сум
мар
ный
импу
льс п
осле
TTI
, -
11
Степень освещенности обратной стороны Луны
Степень освещенности оценивается параметром
, α – угол между направлением на Солнце и радиус-вектором аппарата в
системе, связанной с Луной.
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050.78
0.83
0.88
0.93
0.98
30 may31 may27 jun30 jun27 jul29 jul
Время, сутки
Степ
ень
осве
щен
ност
и, -
12
Выбор наилучшего времени запуска аппарата
Оцениваются 2 основных параметра: затраты топлива и освещенность обратной стороны Луны.
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
0.3
0.31
0.32
0.33
0.34
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Суммарный импульс, майСуммарный импульс, июньСуммарный импульс, июльСтепень освещенности, майСтепень освещенности, июньСтепень освещенности, июль
Дни месяца
Сум
мар
ный
импу
льс
посл
е TT
I, -
Степ
ень
осве
щен
ност
и, -
13
Выводы• Рассчитаны траектории к точке либрации L2 системы Земля-
Луна для различных дат запуска космического аппарата (27-31 мая, 23 июня - 1 июля, 27-31 июля 2021 года).
• Произведен расчет и анализ зависимости степени освещенности обратной стороны Луны от времени запуска аппарата.
• Рассчитаны окна запуска и оптимальные, с точки зрения экономии суммарного импульса в окрестности Луны и освещенности обратной стороны Луны, моменты вывода аппарата на траекторию.
• Дальнейшие исследования будут направлены на расчет траекторий для различных дат запуска аппарата в течении 2021 года с целью выбора лучших условий реализации миссии.
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса
14
Спасибо за внимание!
Выездной семинар «Механика, управление и информатика»9-11 июля 2013 г., Таруса