Предложенные методы помогут выбрать лучшую траекторию и уменьшить расход топлива во время длительного космического полета. Также они позволят перестроить работу ракетных двигателей в случае нештатной ситуации.
ПТК «Орел» © www.energia.ru
Российские инженеры предложили алгоритмы для управления двигателями причаливания и ориентации, которые используются на российском перспективном транспортном корабле «Орел». Разработка позволит космическому аппарату в автоматическом режиме обеспечить реализацию орбитальных маневров при помощи ракетных двигателей, а также перемещение в ближней зоне при стыковке к орбитальной станции. Работа опубликована в журнале «Известия РАН. Теория и системы управления».
В настоящее время пилотируемый транспортный корабль рассматривается в качестве основной замены космическим аппаратам серии «Союз» и главным средством для выполнения в ближайшем будущем большинства отечественных миссий на околоземных и окололунных орбитах. Кроме того, корабль станет ведущей платформой для проведения отечественными специалистами экспериментов на орбите и площадкой для создания новых материалов и технологий в космосе.
Как объяснили ученые, на «Орле» будет реализована схема с двумя маршевыми двигателями тягой в 20000 Н. Такая мощность необходима для выдачи импульса, например, при возврате аппарата от Луны на Землю. Кроме того, корабль оснастят 30 жидкостными ракетными двигателями с тягой 248 Н на самовоспламеняющихся компонентах топлива. Такие двигатели используются для ориентации в пространстве, маневрирования в ближней зоне станции и коррекции орбиты.
«С точки зрения управления движением “Орел” отчасти подобен транспортным и пилотируемым кораблям типа “Союз” и “Прогресс”. На нем для выполнения пространственных и угловых маневров используется набор ракетных двигателей, размещенных на двигательном отсеке. Однако на “Орле” будет реализован и ряд особенностей, которые позволят расширить функционал системы. В частности, на нем, в отличие от предыдущих кораблей, будет внедрена возможность индивидуального управления каждым двигателем причаливания и ориентации», — рассказал разработчик нового алгоритма Антон Сумароков, доцент кафедры аэрофизической механики и управления движением МФТИ, сотрудник РКК «Энергия» им. С. П. Королева.
Индивидуальное управление даст возможность оптимизировать схемы включения двигателей, например, для экономии топлива, а также — для более точного приращения скорости. В целом новая система позволяет запустить в работу в определенных режимах любую комбинацию двигателей (но не более 15 одновременно). В том числе система управления может задействовать при необходимости только один двигатель. Такой подход к управлению помогает снизить затраты топлива и продлить ресурс бортового оборудования космического аппарата.
Кроме того, предложенные алгоритмы расширяют возможности по резервированию двигателей, позволяя реконфигурировать допустимую их конфигурацию с целью запрета использования неисправных двигателей.
«Предложенный алгоритм, основываясь на данных о положении корабля в пространстве, будет в автоматическом режиме выбирать нужную конфигурацию задействованных силовых установок, а также силу и продолжительность их импульса, чтобы выполнить желаемый угловой маневр или скорректировать траекторию движения космического аппарата», — сообщил Антон Сумароков.
По его словам, перерасчет требуемой схемы включения двигателей и длительностей их работы производится бортовым компьютером каждые 0,2 секунды. Важная особенность алгоритма заключается в том, что он может осуществлять одновременное управляющее воздействие как на движение центра масс, так и на угловое движение космического корабля, что значительно увеличивает возможности его маневрирования.
Помимо пилотируемого транспортного корабля «Орел», рассмотренные схемы управления могут применяться и на других космических аппаратах различного назначения. Например, аналогичная система двигателей даст возможность пристыковывать и перемещать модули перспективной российской орбитальной станции при ее строительстве.
