ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ

ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ

An algorithm for optimizing the maneuver of inclination small change of an elliptical orbit of an orbital transport vehicle (OTV) with a bounded-power propulsion system and an energy accumulator is developed. The goal of optimization is to maximize the payload mass for a given initial OTV mass. The...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2020
Main Authors: Tkachenko, Ya.V., Vasilev, І.Yu.
Format: Article
Language:English
Published: V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine 2020
Subjects:
оптимальна траєкторія
міжорбітальний транспортний апарат
акумулятор енергії
Online Access:https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/472
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Problems of Control and Informatics

Institution

Problems of Control and Informatics
id oai:ojs2.jais.net.ua:article-472
record_format ojs
institution Problems of Control and Informatics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-03-14T15:38:37Z
collection OJS
language English
topic оптимальна траєкторія
міжорбітальний транспортний апарат
акумулятор енергії
spellingShingle оптимальна траєкторія
міжорбітальний транспортний апарат
акумулятор енергії
Tkachenko, Ya.V.
Vasilev, І.Yu.
ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ
topic_facet оптимальна траєкторія
міжорбітальний транспортний апарат
акумулятор енергії
optimal trajectory
orbital transport vehicle
energy storage
format Article
author Tkachenko, Ya.V.
Vasilev, І.Yu.
author_facet Tkachenko, Ya.V.
Vasilev, І.Yu.
author_sort Tkachenko, Ya.V.
title ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ
title_short ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ
title_full ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ
title_fullStr ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ
title_full_unstemmed ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ
title_sort оптимізація маневру малої зміни кута нахилу орбіти міжорбітального транспортного апарата з рушійною системою обмеженої потужності і акумулятором енергії
title_alt OPTIMIZATION OF A MANEUVER OF A SMALL CHANGE OF AN ORBIT INCLINATION ANGLE OF THE INTERORBITAL TRANSPORT VEHICLE WITH A PROPULSION SYSTEM OF LIMITED POWER AND ENERGY ACCUMULATOR
description An algorithm for optimizing the maneuver of inclination small change of an elliptical orbit of an orbital transport vehicle (OTV) with a bounded-power propulsion system and an energy accumulator is developed. The goal of optimization is to maximize the payload mass for a given initial OTV mass. The movement of the OTV is modeled by the movement of variable mass particle under the action of a strong spherical gravitational field and thrust generated by the propulsion system. The initial mass of the OTV consists of the mass of the propulsion system, the mass of the working substance necessary to perform the maneuver, and the mass of the payload. In turn, the mass of the propulsion system consists of the masses of the engine, an energy source and an energy accumulator. In formulating the optimal control problem, a model of ideally controlled propulsion system is used. Taking into account the smallness of the jet acceleration vector and the smallness of the increment of the inclination, the equations of motion of the OTV in the osculating variables are linearized. The optimal programs of the reactive acceleration vector are constructed using the Gamkrelidze method (extending the Pontryagin maximum principle to problems with phase constraints). The linearized equations of motion are integrated in elementary functions. Analytical expressions are obtained to describe the optimal operating modes of the propulsion system. The formulated optimal control problem with a quadratic optimality criterion is reduced to the problem of finding the minimum of the function of three variables. The search for the minimum was carried out using numerical methods. It is shown that there are intervals of values of the specific mass of the energy accumulator at which the using of the energy accumulator as part of the propulsion system makes it possible to increase the mass of the OTV payload, and therefore the using of the energy accumulator as part of the OTV propulsion system makes sense. At these intervals, the optimal dependencies between the specific characteristics of the propulsion system are given.
publisher V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine
publishDate 2020
url https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/472
work_keys_str_mv AT tkachenkoyav optimizationofamaneuverofasmallchangeofanorbitinclinationangleoftheinterorbitaltransportvehiclewithapropulsionsystemoflimitedpowerandenergyaccumulator
AT vasilevíyu optimizationofamaneuverofasmallchangeofanorbitinclinationangleoftheinterorbitaltransportvehiclewithapropulsionsystemoflimitedpowerandenergyaccumulator
AT tkachenkoyav optimízacíâmanevrumaloízmínikutanahiluorbítimížorbítalʹnogotransportnogoaparatazrušíjnoûsistemoûobmeženoípotužnostííakumulâtoromenergíí
AT vasilevíyu optimízacíâmanevrumaloízmínikutanahiluorbítimížorbítalʹnogotransportnogoaparatazrušíjnoûsistemoûobmeženoípotužnostííakumulâtoromenergíí
first_indexed 2025-10-30T02:49:14Z
last_indexed 2025-10-30T02:49:14Z
_version_ 1847373389801455616
spelling oai:ojs2.jais.net.ua:article-4722025-03-14T15:38:37Z OPTIMIZATION OF A MANEUVER OF A SMALL CHANGE OF AN ORBIT INCLINATION ANGLE OF THE INTERORBITAL TRANSPORT VEHICLE WITH A PROPULSION SYSTEM OF LIMITED POWER AND ENERGY ACCUMULATOR ОПТИМІЗАЦІЯ МАНЕВРУ МАЛОЇ ЗМІНИ КУТА НАХИЛУ ОРБІТИ МІЖОРБІТАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО АПАРАТА З РУШІЙНОЮ СИСТЕМОЮ ОБМЕЖЕНОЇ ПОТУЖНОСТІ І АКУМУЛЯТОРОМ ЕНЕРГІЇ Tkachenko, Ya.V. Vasilev, І.Yu. оптимальна траєкторія міжорбітальний транспортний апарат акумулятор енергії optimal trajectory orbital transport vehicle energy storage An algorithm for optimizing the maneuver of inclination small change of an elliptical orbit of an orbital transport vehicle (OTV) with a bounded-power propulsion system and an energy accumulator is developed. The goal of optimization is to maximize the payload mass for a given initial OTV mass. The movement of the OTV is modeled by the movement of variable mass particle under the action of a strong spherical gravitational field and thrust generated by the propulsion system. The initial mass of the OTV consists of the mass of the propulsion system, the mass of the working substance necessary to perform the maneuver, and the mass of the payload. In turn, the mass of the propulsion system consists of the masses of the engine, an energy source and an energy accumulator. In formulating the optimal control problem, a model of ideally controlled propulsion system is used. Taking into account the smallness of the jet acceleration vector and the smallness of the increment of the inclination, the equations of motion of the OTV in the osculating variables are linearized. The optimal programs of the reactive acceleration vector are constructed using the Gamkrelidze method (extending the Pontryagin maximum principle to problems with phase constraints). The linearized equations of motion are integrated in elementary functions. Analytical expressions are obtained to describe the optimal operating modes of the propulsion system. The formulated optimal control problem with a quadratic optimality criterion is reduced to the problem of finding the minimum of the function of three variables. The search for the minimum was carried out using numerical methods. It is shown that there are intervals of values of the specific mass of the energy accumulator at which the using of the energy accumulator as part of the propulsion system makes it possible to increase the mass of the OTV payload, and therefore the using of the energy accumulator as part of the OTV propulsion system makes sense. At these intervals, the optimal dependencies between the specific characteristics of the propulsion system are given. Розроблено алгоритм оптимізації маневру малої зміни кута нахилу еліптичної орбіти міжорбітального транспортного апарата (МТА) з рушійною системою обмеженої потужності і акумулятором енергії. Мета оптимізації — максимізація маси корисного навантаження при заданій початковій масі МТА. Рух МТА моделюється рухом матеріальної точки змінної маси під дією сильного сферичного гравітаційного поля та тяги, що генерується рушійною системою. Початкова маса МТА складається з маси рушійної системи, маси робочої речовини, необхідної для виконання маневру, та маси корисного навантаження. В свою чергу, маса рушійної системи складається з мас двигуна, джерела енергії та акумулятора енергії. При формулюванні задачі оптимального керування використано модель ідеально керованої рушійної системи. Приймаючи до уваги малість вектора реактивного прискорення та малість приросту кута нахилу, проведено лінеаризацію рівнянь руху МТА в оскулюючих змінних. Оптимальні програми вектора реактивного прискорення побудовані з використанням методу Гамкрелідзе (розповсюдження принципу максимума Понтрягіна на задачі з фазовими обмеженнями). Лінеаризовані рівняння руху проінтегровано в елементарних функціях. Отримано аналітичні вирази для опису оптимальних режимів роботи рушійної системи. Сформульована задача оптимального керування з квадратичним критерієм оптимальності зведена до задачі пошуку мінімуму функції трьох змінних. Пошук мінімуму здійснено за допомогою чисельних методів. Показано, що існують інтервали значень питомої маси акумулятора енергії, на яких застосування акумулятора енергії в складі рушійної системи дозволяє збільшити масу корисного навантаження МТА, а отже використання акумулятора енергії в складі рушійної системи МТА має сенс. На цих інтервалах наведено оптимальні залежності між питомими характеристиками рушійної системи. V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine 2020-06-20 Article Article application/pdf https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/472 10.1615/JAutomatInfScien.v52.i6.20 Міжнародний науково-технічний журнал "Проблеми керування та інформатики"; Том 65 № 3 (2020): Міжнародний науково-технічний журнал "Проблеми керування та інформатики"; 93-107 International Scientific Technical Journal "Problems of Control and Informatics; Том 65 № 3 (2020): International Scientific Technical Journal "PROBLEMS OF CONTROL AND INFORMATICS"; 93-107 International Scientific Technical Journal "Problems of Control and Informatics"; Vol. 65 No. 3 (2020): International Scientific Technical Journal "PROBLEMS OF CONTROL AND INFORMATICS"; 93-107 2786-6505 2786-6491 en https://jais.net.ua/index.php/files/article/view/472/542 Copyright (c) 2020 Ya.V. Tkachenko, І.Yu. Vasilev https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0

Similar Items