Soyuz-TM航天器运动控制系统

在我的枢纽中,我想向您介绍载人航天器的管理。 主要是关于联盟号和航天飞机。 在研究这些船的15年中,我已经收集了有关它们的足够信息以及我想与您分享的知识。

在哈勃(Habr)上,我想告诉您有关联盟号飞船与国际空间站(ISS)进近的方式。 由于在太空中有70%的情况下使用缩写词,因此必须使用相同的缩写词,但是我将尝试用最复杂,最难以理解的缩写词来解释它们的含义。

为了讨论这种模式,我们需要描述船舶和车站的动态,以及描述船舶控制的基本原理。

在太空中接近时,运输船(TC)和国际空间站(ISS)的动力学可以两种独立的运动形式表示:

  • 每个航天器绕其质心旋转(角速度分配);
  • TC和ISS质心的相对运动(线性速度分配)。

因此,管理包括:

  • 控制每个航天器围绕其质心的运动( 方向 控制相对角位置的控制
  • 控制航天器质心的相对运动(控制相对会聚路径)。

实际上,在接近国际空间站的过程中,国际空间站以已知的轨道运动并保持给定的方向(以前为方便对接TC而设置),因此国际空间站被称为被动舰(PC)。 运输船是主动船(AK),具有操纵任务,即控制相对于ISS相对于质心的旋转和运动。 因此,为了在TC的运动控制系统(CMS)中实现TC向ISS的接近,提供了接近模式(SB)。

和解模式可以解决哪些任务?

  • 根据实施国际空间站的最低油耗,选择具有国际空间站的航天器的最佳进场路径(OTC);
  • 组织对沿选定进场路径进行的TC运动的控制;
  • 向ISS的给定扩展坞提供自动(离散)或手动(模拟)飞越,悬停在它的前面,以确保对接机构正常运行的相对运动参数接近;
  • 提供对运动控制系统状态的自动控制
  • TC处于关闭模式。 如果发生故障,则自动
  • 切换到可维修的设备;
  • 向机组发布有关通过进近方式,参数的信息
  • COURT TC的相对运动和故障;
  • 在存在危险的情况下,自动或手动从国际空间站上移除TC
  • 碰撞。

因此,进近系统与任何其他控制系统一样,必须满足以下要求:

  • 和解的最低油耗;
  • 高精度控制TC
  • 软件和仪器实现的简便性;
  • 系统的最小重量,尺寸和功耗;
  • 系统可靠性高;
  • 收敛过程的安全性。

另外,我想指出,为了确保在进近的关键阶段(飞越,悬停,系泊,停靠)紧急情况(NShS)时,通过进近模式和MCC在燃料电池控制中的操作干预,希望这些操作在分期进行通讯,即在地面测量点的可见区域。 但是,由于基于地面的测量点的地理位置以及由于地球的日常旋转而引起的轨道进动,因此只能在特定的时间间隔进行通信会话。 因此,有必要在进近模式下对运输船进行这种控制,以使其在给定的时间点进入国际空间站附近(相对距离小于1 km),这确保了与MCC的可靠和长期通信以及在飞行,着陆和对接阶段的良好黑白情况。

系统的目的,对系统的要求和时限,考虑到黑白情况,确定了控制运输船的原则和原则
以和解模式建立法院TC。

现在,让我们处理一下以SB模式管理TC的原理。

由于进近控制系统的要求是矛盾的,因此完全不可能满足它们,因为不可能选择用于控制运输船的瞄准方法,以确保同时满足系统的所有要求。 因此,实际上,和解的整个过程分为两个部分:

  • 远段(DU),其任务是将TC沿最佳进场路径带到ISS区域,即以最小的燃油消耗;
  • -近段(CU),其任务是确保以给定的TC质心朝向所选对接站的方向和运动的精确度进行控制,并在对接时进行软接触。 基于上述考虑,对于运输船而言,接近法是使用自由轨迹法实现的,而控制单元正在使用改进的引导法沿视线(此处是视线(LP)下,采用连接会聚物体的质心的线)来逼近法。

使用自由轨迹法的制导

自由轨迹法考虑了航天器在地球引力场中的轨道运动。 它允许使用多脉冲机动将运输船从等待轨道转移到国际空间站附近,该机动由航天器在重力场中的弹道(自由)运动和航天器的受控(具有推进系统)运动组成。 根据最终进入国际空间站附近的条件,计算出这些校正脉冲的输出方向,大小和力矩。 应该注意的是,与TC自由移动的时间相比,发出校正脉冲的时间非常短。 因此,进场轨迹由TC的自由运动部分组成,在这些部分的交接点处发出了修正脉冲。 此处是指导方法的名称。 对于TC,使用自由轨迹法的目标指导为ISS提供了以下方法:

  1. 两脉冲
  2. 三脉冲。

当然,还有其他方案,但是在本文中,我们将仅考虑这些方案。

1.在采用两脉冲方案的情况下,进近路径是使用两脉冲机动构造的,其中
ΔV1用于建立拦截轨道,以确保TC在给定的时间点Tzad进入OK区域;
ΔV2设计用于对准TC和OK的轨道速度。

图片

2.在三脉冲电路的情况下,逼近路径是通过三个校正脉冲ΔV1,ΔV2,ΔV3实现的波状过渡。

图片

在这种情况下,将ΔV1应用于期望轨道以将TC转移到内部
椭圆过渡轨道

ΔV2-用于从TC到ISS的过渡到预定的
时间点tzad,
ΔV3-是对准航天器和ISS的轨道速度所必需的。

在以下文章中,我们将研究视线范围内的指导,平行指导等。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN457842/


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