Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников

Получена приближенная аналитическая зависимость разности аргументов широты двух находящихся в одной плоскости космических аппаратов – углового расстояния от времени, величины отклонения от нуля эксцентриситета орбиты, аргументов перицентра и начального условия. Определены амплитуда колебаний угловог...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Техническая механика
Datum:2012
1. Verfasser: Авдеев, В.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2012
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88334
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников / В.В. Авдеев // Техническая механика. — 2012. — № 3. — С. 112-117. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88334
record_format dspace
spelling Авдеев, В.В.
2015-11-11T21:06:01Z
2015-11-11T21:06:01Z
2012
Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников / В.В. Авдеев // Техническая механика. — 2012. — № 3. — С. 112-117. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
1561-9184
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88334
629.78
Получена приближенная аналитическая зависимость разности аргументов широты двух находящихся в одной плоскости космических аппаратов – углового расстояния от времени, величины отклонения от нуля эксцентриситета орбиты, аргументов перицентра и начального условия. Определены амплитуда колебаний углового расстояния и расположение экстремальных значений. Для оценки погрешности проведено моделирование возмущенного движения спутников с учетом нецентрального гравитационного поля Земли и сопротивления атмосферы.
Отримана наближена аналітична залежність різниці аргументів широти – кутової відстані між двома космічними апаратами, що знаходяться в одній площині, від часу, величини відхилення від нуля ексцентриситету орбіти, аргументів перицентру і початкової умови. Визначені амплітуда коливань кутової відстані та розташування екстремальних значень. Для оцінки похибки проведено моделювання збуреного руху супутників із врахуванням нецентрального гравітаційного поля Землі і опору атмосфери.
An approximate analytical dependence of the difference between arguments of the latitude for the two spacecraft moving in the same plane – an angular distance on time, the value of declination from zero of the orbit eccentricity, arguments of the pericentre and an initial condition is obtained. The amplitude of oscillation of an angular distance and location of the extremum values are determined. The disturbed motion of satellites is simulated to estimate an error considering the Earth non-central gravitational field and atmosphere resistance.
ru
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
Техническая механика
Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
spellingShingle Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
Авдеев, В.В.
title_short Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
title_full Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
title_fullStr Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
title_full_unstemmed Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
title_sort влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников
author Авдеев, В.В.
author_facet Авдеев, В.В.
publishDate 2012
language Russian
container_title Техническая механика
publisher Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
format Article
description Получена приближенная аналитическая зависимость разности аргументов широты двух находящихся в одной плоскости космических аппаратов – углового расстояния от времени, величины отклонения от нуля эксцентриситета орбиты, аргументов перицентра и начального условия. Определены амплитуда колебаний углового расстояния и расположение экстремальных значений. Для оценки погрешности проведено моделирование возмущенного движения спутников с учетом нецентрального гравитационного поля Земли и сопротивления атмосферы. Отримана наближена аналітична залежність різниці аргументів широти – кутової відстані між двома космічними апаратами, що знаходяться в одній площині, від часу, величини відхилення від нуля ексцентриситету орбіти, аргументів перицентру і початкової умови. Визначені амплітуда коливань кутової відстані та розташування екстремальних значень. Для оцінки похибки проведено моделювання збуреного руху супутників із врахуванням нецентрального гравітаційного поля Землі і опору атмосфери. An approximate analytical dependence of the difference between arguments of the latitude for the two spacecraft moving in the same plane – an angular distance on time, the value of declination from zero of the orbit eccentricity, arguments of the pericentre and an initial condition is obtained. The amplitude of oscillation of an angular distance and location of the extremum values are determined. The disturbed motion of satellites is simulated to estimate an error considering the Earth non-central gravitational field and atmosphere resistance.
issn 1561-9184
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88334
citation_txt Влияние формы орбиты и ориентации оси апсид на согласованное движение двух спутников / В.В. Авдеев // Техническая механика. — 2012. — № 3. — С. 112-117. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT avdeevvv vliânieformyorbityiorientaciiosiapsidnasoglasovannoedviženiedvuhsputnikov
first_indexed 2025-11-24T11:37:33Z
last_indexed 2025-11-24T11:37:33Z
_version_ 1850460925338845184
fulltext УДК 629.78 В.В. АВДЕЕВ ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ОРБИТЫ И ОРИЕНТАЦИИ ОСИ АПСИД НА СОГЛАСОВАННОЕ ДВИЖЕНИЕ ДВУХ СПУТНИКОВ Получена приближенная аналитическая зависимость разности аргументов широты двух находящихся в одной плоскости космических аппаратов – углового расстояния от времени, величины отклонения от нуля эксцентриситета орбиты, аргументов перицентра и начального условия. Определены амплитуда ко- лебаний углового расстояния и расположение экстремальных значений. Для оценки погрешности проведе- но моделирование возмущенного движения спутников с учетом нецентрального гравитационного поля Земли и сопротивления атмосферы. Отримана наближена аналітична залежність різниці аргументів широти – кутової відстані між двома космічними апаратами, що знаходяться в одній площині, від часу, величини відхилення від нуля ексцен- триситету орбіти, аргументів перицентру і початкової умови. Визначені амплітуда коливань кутової відстані та розташування екстремальних значень. Для оцінки похибки проведено моделювання збуреного руху супутників із врахуванням нецентрального гравітаційного поля Землі і опору атмосфери. An approximate analytical dependence of the difference between arguments of the latitude for the two spacecraft moving in the same plane – an angular distance on time, the value of declination from zero of the orbit eccentricity, arguments of the pericentre and an initial condition is obtained. The amplitude of oscillation of an angular distance and location of the extremum values are determined. The disturbed motion of satellites is simulated to estimate an error considering the Earth non-central gravitational field and atmosphere resistance. Известные преимущества согласованного движения космических аппара- тов (КА) в группе по сравнению с одиночным спутником являются причиной актуальности задач рационального построения групп спутниковых систем и поддержания их взаимного расположения в процессе эксплуатации [1 – 7]. В одном из вариантов построения группы из двух КА так называемый дочерний спутник (субспутник) отделяется от основного, и их дальнейшее относительное расположение зависит от параметров отделения и соотноше- ния баллистических коэффициентов [1, 2]. Определена зависимость длитель- ности построения такой группы и межкоррекционного интервала от проект- ных параметров. Предложен алгоритм расчета параметров маневров и времени их прове- дения, обеспечивающих поддержание заданной конфигурации спутниковой системы на круговых орбитах одинакового радиуса и наклонения, но отли- чающихся долготой восходящего узла [3]. После составления календаря про- ведения маневров проверяется выполнение ограничений, вычисляется значе- ние выбранного функционала и при необходимости процесс повторяется. Проведено исследование задачи оптимизации импульсной коррекции спутниковой системы, когда каждому из КА сообщается не более двух им- пульсов [4]. Задача коррекции – привести к номинальным значениям периоды обращения и фазы движения КА относительно друг друга. Выбраны два кри- терия: наибольший расход топлива одного из КА системы и суммарный рас- ход всех КА. Одной из задач исследования относительного расположения элементов группировки является оценка вероятности их опасного сближения исходя из результатов измерений параметров орбит наземными средствами или вы- бранного способа построения [5, 7]. В доступных источниках остается без должного внимания зависимость взаимного расположения находящихся в одной плоскости спутников от фор- мы орбиты, в частности ее отклонения от круговой. Это отклонение приводит к тому, что линейные скорости входящих в группировку КА становятся не-  В.В. Авдеев, 2012 Техн. механика. – 2012. – № 3. 112 равными и, как следствие, разность фаз движения и, соответственно, расстоя- ние между ними носит колебательный характер. Этот фактор необходимо учитывать при выборе алгоритма поддержания заданной геометрии группы. В данной работе ставится задача оценить влияние на согласованное дви- жение находящихся в одной плоскости двух спутников Земли отклонения формы орбиты от круговой, аргументов перицентра 21,  орбиты каждого из спутников и начальной разности аргументов широты 0u . Принимаются предположения, что высота перигея находится в пределах 400 – 1500 км и эксцентриситет не более 0,1. e При этих предположениях с погрешностью не более сотых долей процен- та аргумент широты u определяется решением уравнения 2)(ur p dt du   , )cos(1 )(   ue p ur , (1) в котором время отсчитывается от момента окончания коррекции парамет- ров орбит группы КА или ее построения. t В (1) обозначены: – гравитационный параметр Земли,  p – фокальный параметр орбиты, r – ее текущий радиус. Согласно (1) угловое расстояние между КА следует из уравнения  2 22 2 113 21 ))cos(1())cos(1( )(     ueue pdt uud , (2) из которого видно, что экстремальные значения разности угловых расстояний имеют место, когда 21 uuu  )cos()cos( 2211  uu . (3) С погрешностью не более 10% слагаемое, пропорциональное в квад- ратных скобках выражения (2), принимаем за нуль, тогда 2e  )cos()cos(2 )( 21113     uuu p e dt ud . (4) Для получения приближенной оценки амплитуды колебаний u с уче- том принятого выше ограничения эксцентриситета примем, что текущий ар- гумент широты КА1 (первый в группе) изменяется линейно, а входящую в правую часть (4) переменную величину u приравняем ее начальному зна- чению , то есть 0u 3101 , p mtmuu   . (5) Тогда решение уравнения (4) примет вид )(2 210 IIemuu  , (6) где   t mutmudmuI 0 1101101101 ,/)]sin()[sin()cos( 113 ./)] sin()[sin()cos( mu uutmudutmuI t 20 102010 0 20102    После преобразований выражений (6) получаем приближенную зависи- мость от времени разности между аргументами широты КА1 и КА2: , (7) )]2/(sin2)sin([2)( 2 0 tmRtmReutu sc  где ;/)(;sincos;sinsin 2222 21010  uuRR sc 2/)( 012 u . Приравнивая нулю производную выражения (7) определяем моменты времени экстремальных значений углового расстояния между КА: s c ex R R arctg m t  1 ; 1ext m t m tgarctg m ex 2 ;)( 1 2     . (8) Из этого выражения с учетом (5) находим аргумент широты КА1, соот- ветствующий первому экстремальному значению углового расстояния между КА : u 2/)( 0211 uu ex  . (9) Оценку, аналогичную (9), можно получить также путем анализа возмож- ных вариантов выполнения равенства (3). Для определения вида экстремума в точках (8) анализируем знак второй производной выражения (7) )cossin(2 ))(( 2 2 2 mtRmtRme dt tud sc   . (10) Из (10) следует, что в первой экстремальной точке (8) вид экстремума зависит от (7): максимум, если 0 sin  , и минимум в противном случае. Обратное имеет место для второй точки экстремума (8): минимум, если , и максимум, если sin0sin  0 . Удвоенную амплитуду колебаний углового расстояния между КА опре- делим исходя из (7), (8):  )()( 21 exex tutu    )] 2 (sin2)sin([2 2 0 sc RReu )] 2 (sin2))(sin([2 2 0   sc RReu =      ) 2 sin 2 (sin2sin22 22 sc RRe  sin8sincos4 eRRe cs . (11) 114 Из (11) следует, что в первом приближении амплитуда колебаний угло- вого расстояния между КА на околокруговой эллиптической орбите линейно зависит от эксцентриситета орбиты и не превышает . Аргументы перицен- тра вместе с начальным угловым расстоянием e4 u21,  0 определяют угол  (7) и, соответственно, оказывают влияние на величину амплитуды, а также на неравномерность линейного ( ) расстояния между КА (рис. 1, 2). 0/ ll Для проверки точности приближенных соотношений (8), (9), (11) была выбрана модель возмущенного движения двух КА, в которой учитывается нецентральное гравитационное поле и сопротивление атмосферы: ; cos ; sin sin k kk k k kk kk k k p ur W dt di pi ur W dt d        ;2   k kk k p Tr dt dp     k k k kkk kk u p r TuS p dt d sin)1(cos[1 )];sin( 21 kkkkkk k k uctgiWT p r      k k k kkk kk u p r TuS p dt d cos)1(sin[2 )];sin( 12 kkkkkk k k uctgiWT p r  )sin1( 3 2 kkk k k k kk uctgiW p r r p dt du      , .2,1k (12) В уравнениях (12) приняты обозначения: i,  долгота восходящего уз- ла и наклонение орбиты;  вспомогательные переменные ( );  ускорения КА, вызванные отклонением гравитационного поля от центрального и сопротивлением атмосферы: 21,  W, cos,sin 21 ee TS , )sin()13( 22 4      ue p Vbui r S , ))cos(1()2sin(sin 2 4      ue p Vbui r T , ui r W sin)2sin( 4    , где постоянная = 2,648·1010 км5/с2,  плотность атмосферы на высоте КА над поверхностью земного эллипсоида,  баллистический коэффициент,  скорость КА.   b V 115 0 10 20 30 40 50 60 70 0 60 120 180 240 300 360 u, град ` 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 60 120 180 240 300 360 Отнесенная к 0u средняя погрешность оценки (11) для нескольких де- сятков вариантов входных данных не превышает 5%, тогда как максимальная в отдельных случаях может доходить до 35%. Рис. 2 u1, град l / l0 1 = 2 = 30 град, l0 =2410 км 1 = 30 град, 2 = -30 град, l0=7887 км 1=50 град, 2=-130 град, l0=14487 км u1, град 1 = 2=30 о 1 = 30 о 2 = - 30 о e = 0,1; u0 = 20 o 1=50о, 2=-130о Рис. 1 116 Средняя погрешность оценок (8), (9) расположения экстремальных точек не превышает 1%, максимальная – не более 7%. Выводы. 1. Получена зависимость разности аргументов широты двух КА на не- круговой орбите от времени, аргументов перицентра и начального углового расстояния (7). ou 2. Установлено расположение экстремальных точек углового расстояния между КА (8), (9). 3. Определена оценка удвоенной амплитуды углового расстояния в зави- симости от эксцентриситета, аргументов перицентра и ou (11). Наименьшее значение амплитуды имеет место, когда разность между аргументом пери- центра первого КА группы и аргументом перицентра второго КА приближа- ется к . ou Полученные результаты могут быть применены при разработке алгорит- ма поддержания согласованного движения группы из двух спутников. 1. Авдєєв В. В. Оцінка деформації групи супутник  субсупутник під впливом опору атмосфери / В. В. Авдєєв // Космічна наука і технологія. – 1997. – Т. 3, № 5/6.  С. 30  33. 2. Авдєєв В. В. Побудова групи із двох супутників без використання рушійної установки / В. В. Авдєєв // Космічна наука і технологія. – 2001. – Т. 7, № 5/6.  С. 26  29. 3. Баранов А. А. Поддержание заданной конфигурации спутниковой системы / А. А. Баранов, А. А. Бара- нов // Космические исследования. – 2009. – Т. 47, № 1. – С. 48  54. 4. Компаниец Э. П. Баллистическое обеспечение пусков ракет-носителей : монография / Э. П. Компаниец, Н. М. Дронь, В. Е. Белозеров. – Д. : ДНУ, 2010. – 468 с. 5. Приходько В. И. Кинематика относительного движения двух космических тел на близких почти круго- вых орбитах / В. И. Приходько // Космические исследования. – 2010. – Т. 48, № 3. – С. 266  277. 6. Скребушевский Б.С. Формирование орбит космических аппаратов / Б. С. Скребушевский. – М. : Маши- ностроение, 1990. – 256 с. 7. Kompaniez E. Group injection of spacecrafts / E, Kompaniez, J. Smetanin // 46th intern. astronautically congress. – Oslo, Norway, 1995. – Р. 119. Днепропетровский национальный университет Получено 19.04.12, в окончательном варианте 19.04.12 117