Динаміка супутника із тросовою системою гравітаційної стабілізації - Автореферат

В основу створення таких систем покладено відому властивість руху твердого тіла в центральному полі сил тяжіння за круговою орбітою - існування стійкого положення відносної рівноваги, у якому найбільшу вісь еліпсоїда інерції спрямовано за радіус-вектором до орбіти, середню вісь - за дотичною до орбіти, і найменшу вісь - за бінормаллю до орбіти. З іншого боку, супутник, зєднаний гнучким звязком зі стабілізуючим вантажем, по суті, являє собою космічну тросову систему - систему штучних космічних обєктів (супутників, кораблів, вантажів), зєднаних протяжними гнучкими елементами, яка здійснює орбітальний політ. Дисертаційна робота є узагальненням результатів досліджень, проведених в Інституті технічної механіки НАН України і НКА України за фундаментальними науково-дослідними темами: 1.3.2.213 “Розробка методів та дослідження динаміки просторово розвинених багатоелементних механічних систем, що функціонують в екстремальних умовах” (номер держреєстрації 0196U009390, затверджена постановою Бюро Відділення механіки НАН України на 1996-2000 роки, протокол № 6 від 07.12.95); 1.3.2.271 “Дослідження вільних і керованих режимів функціонування трансформовних просторово розвинених механічних систем космічного і наземного базування в умовах широкого спектру впливів” (номер держреєстрації 0101U001599, затверджена постановою Бюро Відділення механіки НАН України на 2001-2005 роки, протокол № 5 від 22.12.2000); 1.3.2.292 “Розробка методичних основ рішення задач аналізу динаміки та створення алгоритмів систем керування та орієнтації перспективних космічних апаратів” (номер держреєстрації 0102U001657, затверджена постановою Бюро Відділення механіки НАН України на 2002-2006 роки, протокол № 2 від 12.03.2002), а також у рамках державного контракту “Розробка та впровадження нормативно-технічної документації щодо створення, виготовлення та експлуатації ракетно-космічної техніки. Наукова новизна одержаних результатів повязана з дослідженням динаміки нового класу систем (супутників із тросовою системою гравітаційної стабілізації), розвиненням методів аналізу динаміки механічних систем із шарнірними і тросовими зєднаннями і полягає в наступному: - побудовано математичну модель динаміки нового класу систем - супутників із тросовою системою гравітаційної стабілізації; Особистий внесок здобувача в опублікованих у співавторстві наукових працях полягає в: розробці математичної моделі динаміки супутника із тросовою системою гравітаційної стабілізації, проведенні розрахунків [1, 7, 8]; здійсненні інформаційного пошуку [12]; лінеаризації рівнянь руху розглянутої системи, побудові оцінок частот коливань системи, проведенні розрахунків [2, 9, 10]; здійсненні інформаційного пошуку, розробці методики оптимізації параметрів системи, проведенні розрахунків [4, 11, 13].Проблема гасіння власних коливань у ньому вирішується тим, що трос кріпиться не безпосередньо до супутника, а до додаткового тіла (приставки), шарнірно звязаного з супутником. Показано, що в цей час основними задачами є демпфірування власних коливань системи і зниження впливу збурень на точність стабілізації. Тут, - безрозмірні параметри, що характеризують відношення мас супутника і приставки до маси стабілізуючого вантажу;, - головні центральні моменти інерції супутника і приставки; і, - відповідно проекції векторів і, на вісі повязаних з супутником і приставкою систем координат;, де c - коефіцієнт жорсткості троса; d - номінальна довжина троса,, c - коефіцієнт вязкого тертя матеріалу троса;, z - коефіцієнт опору в шарнірі; - відношення плеча дії сили тертя на приставку до. Розрахунки підтвердили, що оптимальні за швидкодією перехідні процеси стабілізації системи відповідають резонансам між частотами її коливань: між коливаннями супутника і маятниковими коливаннями системи, між поздовжніми і маятниковими коливаннями системи, а також “потрійному” резонансу - між коливаннями супутника, поздовжніми і маятниковими коливаннями системи. При будь-яких масово-інерційних характеристиках супутника та інших тіл системи, довжині і механічних властивостях звязку резонанс “супутник-маятник” завжди досягається тільки відповідним вибором відстаней: від центра мас супутника до шарнірної точки, від центра мас приставки до шарнірної точки, від центра мас приставки до точки кріплення троса до приставки (рис.Роботу присвячено визначенню закономірностей динаміки супутника із тросовою системою гравітаційної стабілізації поблизу радіального положення рівноваги і оцінюванню на цій основі можливостей застосування системи. У роботі виділено новий клас систем гравітаційної стабілізації супутників - системи, які використовують гнучкі звязки, і показано, що такі системи являють собою перспективний напрямок космонавтики, який перебуває на стику традиційних задач стабілізації супутників і задач дослідження динаміки і стабілізації руху космічних тросових систем. Показано, що однією з основних проблем створення тросових систем гравітаційної стабілізації є мала згинальна жорсткість нитки і повязана з цим неможливість пер

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ