Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар
Осуществление перелетов космических аппаратов в околоземном пространстве с промежуточных эллиптических орбит на геостационарную с использованием электрических ракетных двигателей (ЭРД) малой тяги является одной из самых актуальных задач современной космонавтики. ЭРД, скорость истечения реактивной ст...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/170 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Problems of Control and Informatics |
Institution
Problems of Control and Informatics| id |
oai:ojs2.jais.net.ua:article-170 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Problems of Control and Informatics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-03-14T11:18:22Z |
| collection |
OJS |
| language |
Russian |
| topic |
міжорбітальні перельоти космічних апаратів оптимальне управління ЕРД принцип максимуму Понтрягіна |
| spellingShingle |
міжорбітальні перельоти космічних апаратів оптимальне управління ЕРД принцип максимуму Понтрягіна Vasiliev, Igor Kiforenko , Boris Tkachenko , Yaroslav Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| topic_facet |
межорбитальные перелеты космических аппаратов оптимальное управление электрическим ракетным двигателем принцип максимума Понтрягина interorbital flights of space vehicles optimal control of an electric rocket engine Pontryaginʼs maximum principle міжорбітальні перельоти космічних апаратів оптимальне управління ЕРД принцип максимуму Понтрягіна |
| format |
Article |
| author |
Vasiliev, Igor Kiforenko , Boris Tkachenko , Yaroslav |
| author_facet |
Vasiliev, Igor Kiforenko , Boris Tkachenko , Yaroslav |
| author_sort |
Vasiliev, Igor |
| title |
Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| title_short |
Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| title_full |
Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| title_fullStr |
Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| title_full_unstemmed |
Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| title_sort |
порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар |
| title_alt |
Сравнительный анализ эффективности дросселированных электрических ракетных двигателей постоянной мощности для межорбитальных перелетов на геоста Comparative analysis of the efficiency of constant power throttled rocket engines for interorbital flights to g |
| description |
Осуществление перелетов космических аппаратов в околоземном пространстве с промежуточных эллиптических орбит на геостационарную с использованием электрических ракетных двигателей (ЭРД) малой тяги является одной из самых актуальных задач современной космонавтики. ЭРД, скорость истечения реактивной струи которых на порядок больше, чем у химических РД, лучше для межорбитальных околоземных перелетов с максимальной полезной нагрузкой в случае, когда существенное увеличение продолжительности маневра является допустимым. Дросселирование тяги ракетного двигателя традиционно рассматривается как один из способов понижения массы двигательной установки и необходимого запаса топлива для выполнения заданного маневра. Использование концепции идеально регулируемого двигателя обеспечивает получение верхних оценок массы полезной нагрузки межорбитальных перелетов для выбранного уровня мощности. Учет свойств реальных двигателей приводит к необходимости рассмотрения математических моделей с более жесткими ограничениями на управление. Проведено исследование эффективности трех режимов управления тягой ЭРД при выполнении практически интересных перелетов с высокоэллиптических промежуточных околоземных орбит на геостационарные. Построена математическая модель релейного ЭРД постоянной мощности. Дана формулировка вариационной задачи типа Майера о выполнении заданного динамического маневра космического аппарата для дро-сельированного и нерегулируемого двигателей постоянной мощности. С использованием принципа максимума Понтрягина проведен анализ оптимальных управляющих функций, для которых выписаны конечные соотношения, позволившие записать систему дифференциальных уравнений оптимального движения космического аппарата, оснащенного релейным двигателем. Полученные численные и качественные результаты исследования эффективности различных режимов управления тягой для увеличения полезной нагрузки заданного орбитального маневра подтвердили корректность математических моделей дросселированного и релейного двигателей и, в целом, эффективность использования решений усредненных уравнений оптимального движения космического аппарата для численного решения соответствующих краевых задач в точной. постановке. |
| publisher |
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/170 |
| work_keys_str_mv |
AT vasilievigor sravnitelʹnyjanalizéffektivnostidrosselirovannyhélektričeskihraketnyhdvigatelejpostoânnojmoŝnostidlâmežorbitalʹnyhpereletovnageosta AT kiforenkoboris sravnitelʹnyjanalizéffektivnostidrosselirovannyhélektričeskihraketnyhdvigatelejpostoânnojmoŝnostidlâmežorbitalʹnyhpereletovnageosta AT tkachenkoyaroslav sravnitelʹnyjanalizéffektivnostidrosselirovannyhélektričeskihraketnyhdvigatelejpostoânnojmoŝnostidlâmežorbitalʹnyhpereletovnageosta AT vasilievigor porívnâlʹnijanalízefektivnostídroselʹovanihelektričnihraketnihdvigunívpostíjnoípotužnostídlâmížorbítalʹnihperelʹotívnageostacíonar AT kiforenkoboris porívnâlʹnijanalízefektivnostídroselʹovanihelektričnihraketnihdvigunívpostíjnoípotužnostídlâmížorbítalʹnihperelʹotívnageostacíonar AT tkachenkoyaroslav porívnâlʹnijanalízefektivnostídroselʹovanihelektričnihraketnihdvigunívpostíjnoípotužnostídlâmížorbítalʹnihperelʹotívnageostacíonar AT vasilievigor comparativeanalysisoftheefficiencyofconstantpowerthrottledrocketenginesforinterorbitalflightstog AT kiforenkoboris comparativeanalysisoftheefficiencyofconstantpowerthrottledrocketenginesforinterorbitalflightstog AT tkachenkoyaroslav comparativeanalysisoftheefficiencyofconstantpowerthrottledrocketenginesforinterorbitalflightstog |
| first_indexed |
2025-10-30T02:48:44Z |
| last_indexed |
2025-10-30T02:48:44Z |
| _version_ |
1847373358236172288 |
| spelling |
oai:ojs2.jais.net.ua:article-1702024-03-14T11:18:22Z Сравнительный анализ эффективности дросселированных электрических ракетных двигателей постоянной мощности для межорбитальных перелетов на геоста Порівняльний аналіз ефективності дросельованих електричних ракетних двигунів постійної потужності для міжорбітальних перельотів на геостаціонар Comparative analysis of the efficiency of constant power throttled rocket engines for interorbital flights to g Vasiliev, Igor Kiforenko , Boris Tkachenko , Yaroslav межорбитальные перелеты космических аппаратов оптимальное управление электрическим ракетным двигателем принцип максимума Понтрягина interorbital flights of space vehicles optimal control of an electric rocket engine Pontryaginʼs maximum principle міжорбітальні перельоти космічних апаратів оптимальне управління ЕРД принцип максимуму Понтрягіна Осуществление перелетов космических аппаратов в околоземном пространстве с промежуточных эллиптических орбит на геостационарную с использованием электрических ракетных двигателей (ЭРД) малой тяги является одной из самых актуальных задач современной космонавтики. ЭРД, скорость истечения реактивной струи которых на порядок больше, чем у химических РД, лучше для межорбитальных околоземных перелетов с максимальной полезной нагрузкой в случае, когда существенное увеличение продолжительности маневра является допустимым. Дросселирование тяги ракетного двигателя традиционно рассматривается как один из способов понижения массы двигательной установки и необходимого запаса топлива для выполнения заданного маневра. Использование концепции идеально регулируемого двигателя обеспечивает получение верхних оценок массы полезной нагрузки межорбитальных перелетов для выбранного уровня мощности. Учет свойств реальных двигателей приводит к необходимости рассмотрения математических моделей с более жесткими ограничениями на управление. Проведено исследование эффективности трех режимов управления тягой ЭРД при выполнении практически интересных перелетов с высокоэллиптических промежуточных околоземных орбит на геостационарные. Построена математическая модель релейного ЭРД постоянной мощности. Дана формулировка вариационной задачи типа Майера о выполнении заданного динамического маневра космического аппарата для дро-сельированного и нерегулируемого двигателей постоянной мощности. С использованием принципа максимума Понтрягина проведен анализ оптимальных управляющих функций, для которых выписаны конечные соотношения, позволившие записать систему дифференциальных уравнений оптимального движения космического аппарата, оснащенного релейным двигателем. Полученные численные и качественные результаты исследования эффективности различных режимов управления тягой для увеличения полезной нагрузки заданного орбитального маневра подтвердили корректность математических моделей дросселированного и релейного двигателей и, в целом, эффективность использования решений усредненных уравнений оптимального движения космического аппарата для численного решения соответствующих краевых задач в точной. постановке. Здійснення перельотів космічних апаратів у навколоземному просторі з проміжних еліптичних орбіт на геостаціонарну з використанням електричних ракетних двигунів (ЕРД) малої тяги є одним з найактуальніших завдань сучасної космонавтики. ЕРД, швидкість витікання реактивного струменя яких на порядок більше, ніж у хімічних РД, краще для міжорбітальних навколоземних перельотів з максимальним корисним навантаженням у разі, коли істотне збільшення тривалості маневру є допустимим. Дроселювання тяги ракетного двигуна традиційно розглядається як один із способів зниження маси рухової установки і необхідного запасу палива для виконання заданого маневру. Використання концепції ідеально регульованого двигуна забезпечує отримання верхніх оцінок маси корисного навантаження міжорбітальних перельотів для обраного рівня потужності. Врахування властивостей реальних двигунів призводить до необхідності розгляду математичних моделей з більш жорсткими обмеженнями на керування. Проведено дослідження ефективності трьох режимів управління тягою ЕРД при виконанні практично цікавих перельотів з високоеліптичних проміжних навколоземних орбіт на геостаціонарні. Побудовано математичну модель релейного ЕРД постійної потужності. Дано формулювання варіаційної задачі типу Майера про виконання заданого динамічного маневру космічного апарата для дросельованого і нерегульованого двигунів постійної потужності. З використанням принципу максимуму Понтрягіна проведено аналіз оптимальних керуючих функцій, для яких виписано кінцеві співвідношення, що дозволили записати систему диференціальних рівнянь оптимального руху космічного апарата, оснащеного релейним двигуном. Отримані чисельні та якісні результати дослідження ефективності різних режимів управління тягою для збільшення корисного навантаження заданого орбітального маневру підтвердили коректність математичних моделей дросельованого і релейного двигунів і, в цілому, ефективність використання рішень усереднених рівнянь оптимального руху космічного апарата для чисельного рішення відповідних крайових задач у точній постановці. Carrying out low-thrust transfers of spacecrafts in the near-earth space from intermediate elliptic to the geostationary orbit using electric rocket engines seems to be one of the most important tasks of modern cosmonautics. Electric rocket engines, whose specific impulse of the reactive jet is an order of magnitude more than in chemical RD, are preferable for interorbit flights with a maximum payload in the case when a significant increase in the duration of the maneuver is permissible. Ability to throttling the rocket engine thrust is traditionally considered as one of the ways to reduce both the engine mass and the required fuel assumptions for performing the specified maneuver. Using the concept of an ideal-rocket engine provides the upper estimates of the payload mass of interborbital flights for the given power level. Accounting for the properties of real engines leads to the need of considering the mathematical models with more strict limits on control functions. A study of the efficiency of three modes of thrust control of an electric propulsion rocket engine was carried out when performing practically interesting spacecraft flights from highly elliptical intermediate near-earth orbits to geostationary orbits. A mathematical model of constant power relay rocket engine has been built. The formulation of the variational problem of the Maer type is given about the execution of a given dynamic maneuver for the throttled and unregulated electric rocket engines of constant power. Using the Pontryagin maximum principle, an analysis of the optimal control functions was carried out, for which the final relations were written out, which allowed to write down the system of differential equations of the optimal movement of the spacecraft, equipped with relay electric rocket engine. The obtained numerical and quality results of the study of the effectiveness of various modes of thrust control of an electric propulsion engine to increase the payload of a given orbital maneuver confirmed the correctness of mathematical models of throttled and relay engines and, in general, the efficiency of using solutions of the averaged equations of optimal motion of a spacecraft for numerical solution of the corresponding boundary value problems in an exact formulation. V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine 2021-09-22 Article Article application/pdf https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/170 10.34229/1028-0979-2021-6-7 Міжнародний науково-технічний журнал "Проблеми керування та інформатики"; Том 66 № 6 (2021): Міжнародний науково-технічний журнал "Проблеми керування та інформатики"; 66-77 International Scientific Technical Journal "Problems of Control and Informatics; Том 66 № 6 (2021): International Scientific and Technical Journal "PROBLEMS OF CONTROL AND INFORMATICS"; 66-77 International Scientific Technical Journal "Problems of Control and Informatics"; Vol. 66 No. 6 (2021): International Scientific and Technical Journal "PROBLEMS OF CONTROL AND INFORMATICS"; 66-77 2786-6505 2786-6491 10.34229/1028-0979-2021-6 ru https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/170/260 Copyright (c) 2021 Igor Vasiliev, Boris Kiforenko , Yaroslav Tkachenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |