Анализ устойчивости и поддержание орбитальной структуры космической системы связи

Уважаемые члены государственной аттестационной комиссии, представляю вашему вниманию дипломный проект на тему «Анализ устойчивости и поддержание орбитальной структуры космической системы связи».

Целью работы стал анализ возмущений, действующих на космическую систему связи и выявление тех из них, которые наибольшим образом влияют на эволюцию орбит, выбор параметров алгоритма управления для поддержания орбитальной структуры и разработка соответствующей расчетной программы.

Дипломная работа состоит из нескольких частей.

Сначала проводиться анализ низкоорбитальной космической системы связи с целью выявления дерева целей, формируются модели состава, структуры и внешней среды КСС, а также модель состава и функций компонентов КА. В результате формируются требования к КСС и техническая задача.

Далее проводиться декомпозиция технической задачи анализа устойчивости и управления поддержания орбитальной структуры системы спутниковой связи, с целью постановки решаемой задачи. В результате появляется задача анализа возмущений и выбора параметров алгоритма управления.

При решении задачи анализа устойчивости и поддержания орбитальной структуры, описывается математическая модель, вычисляются возмущения и выбираются параметры алгоритма управления.

В работе решаются следующие задачи:

Разработка программной библиотеки для численного интегрирования возмущенного движения ИСЗ. В библиотеке учитываются следующие возмущающие воздействия:

нецентральность гравитационного поля Земли;

сопротивление атмосферы;

давление света;

Используя полученную библиотеку провелись исследования влияния возмущающих воздействий на параметры орбиты ИСЗ. Оценены влияния отдельных возмущений на эволюцию параметров орбиты ИСЗ.

Разработан программный модуль, который, используя библиотеку, производит в процессе моделирования движения ИСЗ коррекцию орбиты.

При моделировании, рассматривался КА расположенный в начальный момент на экваторе с долготой восходящего узла 0о. Графики, иллюстрирующие эволюцию параметров его орбиты, представлены на плакатах. Рассмотрим характерные особенности поведения параметров орбиты.

Несмотря на достаточно большую высоту, оказалось, что срок существования КА на такой орбите не превышает 4 лет. Эволюция долготы восходящего узла изменяется более чем на 360о. Наклонение плоскости орбиты сразу убывает, но в абсолютном выражении составляет менее 0,1о, что не существенно. Высота за это время опускается до 200км. В результате начинается интенсивное торможение атмосферой, о чем свидетельствует изменения эксцентриситета.

Для определения влияния отдельных возмущений на эволюцию параметров неуправляемого движения и выявления причин неустойчивости орбитального движения было проведено варьирование состава возмущений.

Рассмотрим характерные особенности поведения параметров в этих случаях.

Изменение эксцентриситета имеет вековой уход при действии зональной гармоники 3-го порядка, и колебательное при действии других воздействий но это отклонение крайне мало.

Эволюция долготы восходящего узла незначительна при действии любых возмущений, кроме гармоники с20. Под действием этого возмущения долгота восходящего узла совершает более одного оборота.

Наибольшее влияние на наклонение оказывает зональная гармоника 3-го порядка, а также атмосфера. В абсолютном выражении изменение наклонение за 4 года составляет менее 1о.

Основными возмущающими воздействиями на высоту орбиты является атмосфера и зональная гармоника 3-го порядка.

Можно утверждать, что эти возмущения и являются основными причинами неустойчивости орбитального движения и возникает необходимость удержания КА по высоте.

Алгоритм проведения коррекции можно представить в следующем виде:

Определение высоты, при которой ширина полосы обслуживания выходит за допустимые пределы;

Определение потребного приращения высоты DH;

Определение необходимого импульса для перехода.

Таким образом, при данной схеме коррекции на каждом шаге необходим поиск величины приращения высоты из условия уменьшения характеристической скорости, а следовательно и массы системы коррекции.

Был проведен выбор между двумя корректирующими двигателями, и было выяснено, что с точки зрения потребного запаса рабочего тела системы коррекции, электра реактивный двигатель предпочтительнее жидкостного ракетного двигателя.

В экономической части дипломной работы выполнена оценка сроков и стоимости НИР по созданию программного комплекса. Полученный срок равен 84 рабочих дня. При этом общие затраты на выполнение работы составят ≈ 170’000 руб. (168’336 руб.).