Проектно-баллистический анализ выведения космического аппарата на гелиоцентрическую орбиту с наклонением 30 градусов к плоскости солнечного экватора

Авторы

Константинов М. С.^*, Шевченко В. В.^**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: mkonst@bk.ru
**e-mail: vv.shevchenko5894@gmail.com

Аннотация

Анализируется выведение космического аппарата (КА) на рабочую гелиоцентрическую орбиту с целью обеспечить требуемое наклонение 30° к плоскости солнечного экватора за счет применения серии пассивных гравитационных маневров (ГМ) у Земли и Венеры. КА выводится на низкую околоземную орбиту с помощью ракеты-носителя «Союз-2.1б». КА оснащен комбинированной двигательной установкой (ДУ), состоящей из химического разгонного блока (ХРБ) «Фрегат», участвующего в старте КА с опорной околоземной орбиты с последующим его отделением, и электроракетной двигательной установки (ЭРДУ) на базе одного двигателя «СПД-140Д». Траектории выведения оптимизируется с использованием принципа максимума Понтрягина. Выбранная схема полета позволила значительно уменьшить время выведения на заданную гелиоцентрическую орбиту с 5 до 3,206 лет, масса КА на этой орбите составила 1499,3 кг.

Ключевые слова:

проектно-баллистический анализ, электроракетная двигательная установка, пассивный гравитационный маневр, рабочие гелиоцентрические орбиты

Библиографический список

1. Кузнецов В.Д. Научные задачи проекта «Интергелиозонд» // Механика, Управление и Информатика.  2012. № 6(12). С. 5–14.
2. Леб Х.В., Петухов В.Г., Попов Г.А. Гелиоцентрические траектории космического аппарата с ионными двигателями для исследования Солнца // Труды МАИ. 2011. № 42. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=24275
3. Kasper J.C., Klein K., Lichko E. et al. Parker Solar Probe Enters the Magnetically Dominated Solar Corona // Physical Review Letters. 2021. Vol. 127. No. 25: 255101. DOI:10.1103/PhysRevLett.127.255101
4. Müller D., Marsden R.G., St. Cyr O.C. et al. Solar Orbiter: Exploring the Sun-heliosphere connection // Solar Physics. 2013. Vol. 285, pp. 25-70. DOI: 10.1007/s11207-012-0085-7
5. Buckley M. NASA’s Parker Solar Probe Completes 18th Close Approach to the Sun. - Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, 2024. URL: https://blogs.nasa.gov/parkersolarprobe/
6. Ельников Р.В. Анализ перелета Земля–Марс с гравитационным маневром у Луны при использовании малой тяги // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 5. С. 38–44.
7. Ельников Р.В. Гравитационный маневр у луны при межпланетных перелетах космического аппарата с малой тягой // Труды МАИ. 2012. № 50. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=27613
8. Соцков И.А. Выбор проектных параметров разгонного блока при его экспериментальной отработке // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 62-69. DOI: 10.34759/vst-2023-2-62-69
9. Мартынов М.Б., Петухов В.Г. Концепция применения электроракетной двигательной установки в научных космических проектах: преимущества и особенности, примеры реализации // Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». 2011. № 2. С. 3–11.
10. Гниздор Р.Ю., Пятых И.Н., Каплин М.А., Румянцев А.В. Разработка и исследование характеристик инженерной модели двигателя СПД-70М, работающего на ксеноне и криптоне // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 106–115. DOI: 10.34759/vst-2023-2-106-115
11. Синицин А.А. Эффективность применения электроракетных двигательных установок в транспортной операции выведения космических аппаратов на геостационарную орбиту: Дисс. ... канд. техн. наук. – М., 2009. – 160 с.
12. Константинов М.С. Сравнительный проектно-баллистический анализ использования химической и электроракетной двигательных установок в проекте солнечного зонда // Космические исследования. 2019. Т. 57. № 5. С. 347–360. DOI: 10.1134/s0023420619050042
13. Николичев И.А. Оптимизация многовитковых межорбитальных перелетов с двигателями малой тяги // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 5. С. 66–76.
14. Петухов В.Г., Паинг С.Т.У. Оптимизация многовитковых траекторий межорбитального перелета с идеально-регулируемым двигателем малой тяги // Известия РАН, Энергетика. 2019. № 3. С. 140–154.
15. Константинов М.С., Mин Т. Оптимизация траектории выведения космического аппарата на рабочую гелиоцентрическую орбиту // Труды МАИ. 2013. № 67. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=41510
16. The SOFA Software Libraries. International Astronomical Union. Division 1: Fundamental Astronomy, Commission 19: Rotation of the Earth, Standards of Fundamental Astronomy Board. 2013. URL: www.iausofa.org
17. Ли Б.Л., Ельников Р.В. Межпланетные перелеты. Расчет траектории межпланетных КА к Марсу // Гагаринские чтения - 2020: Сборник тезисов докладов XLVI Международной молодежной научной конференции (14-17 апреля 2020; Москва). - М.: Изд-во МАИ, 2020. С. 701–702.
18. Konstantinov M.S., Thein M. Method of Interplanetary Trajectory Optimization for the Spacecraft with Low Thrust and Swing-bys // Acta Astronautica. 2017. Vol 136, pp. 297-311. DOI: 10.1016/j.actaastro.2017.02.018
19. Casalino L., Colasurdo G., Pastrone D. Optimization Procedure for Preliminary Design of Opposition-Class Mars Missions // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1998. Vol. 21. No. 1, pp. 134-140. DOI:10.2514/2.4209
20. Konstantinov M.S., Shevchenko V.V. Ballistic Design of a Solar Probe into a Heliocentric Orbit with a Large Inclination to the Solar Equator // AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2549. No. 1: 120004. DOI: 10.1063/5.0107997