Динамика и управление угловым движением космического аппарата, предназначенного для проведения длительных научных экспериментов

25 сентября 2024 года
А.И.Игнатов
(МГТУ имени Н.Э. Баумана)

Работа посвящена разработке и исследованию режимов углового движения космического аппарата (КА) предназначенного для проведения космических экспериментов в течение длительных интервалов времени. В зависимости от сути проводимых экспериментов к режимам движения КА могут предъявляться различные требования, такие как стабилизация в положении близком к гравитационной ориентации, стабилизация режима солнечной ориентация или ориентация по вектору индукции магнитного поля Земли. Общее требование ко всем рассматриваемым в данной работе режимам это ограничение величины угловой скорости вращения КА. Помимо отдельно рассмотренного неуправляемого варианта реализации режима гравитационной ориентации КА, для поддержания всех представленных в работе режимов используются исполнительные органы системы управления КА. Управление предлагается осуществлять с помощью гиросистемы или с помощью магнитных органов управления. В случае управления с помощью гиросистемы накладывается дополнительное условие медленного накопления ее собственного кинетического момента. Для режима солнечной ориентации КА дополнительным условием является отсутствие возможности вращения панелей солнечных батарей (батареи жестко закреплены на корпусе КА). Указанные условия необходимы для минимизации возможных возмущений в процессе проведения экспериментов на борту КА.

Рассмотрены способы исследования устойчивости и выбора значений коэффициентов предложенных законов управления, а также предложена методика численного параметрического исследования устойчивости установившихся режимов угловых движений КА близких к периодическим, основанная на аппроксимации таких движений последовательностью периодических решений модифицированных уравнений движения. Указанная методика позволяет эффективно выбирать необходимые значения параметров используемых законов управления угловым движением КА.

В работе рассматривается методика оценки минимального уровня микроускорений в заданной точке борта в случае орбитальной ориентации КА – наиболее благоприятной для проведения экспериментов в области микрогравитации. Также в работе предложена методика выбора параметров и схемы установки, используемой на борту КА гиросистемы (двигатели-маховики или гиродины) в зависимости от требований, предъявляемых к конкретным режимам ориентации.