Оптимизация экспедиции к Фобосу космического аппарата с комбинированной тягой с возвращением к Земле

Инженерный журнал: наука и инновации

# 7·2017 1

УДК 517.977.58 DOI 10.18698/2308-6033-2017-7-1639

Оптимизация экспедиции к Фобосу

космического аппарата с комбинированной тягой

с возвращением к Земле

, М.П. Заплетин

1,2

, А.С. Самохин

1,2,3

М.А. Самохина

2,3

МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 119991, Россия

РУДН, Москва, 117198, Россия

НИУ ВШЭ, Москва, 101000, Россия

Исследован актуальный вопрос разработки методики оптимизации межпланет-

ных траекторий космических аппаратов с проведением сквозной оптимизации

всей миссии. Рассмотрена задача оптимизации экспедиции пространственного

перелета космического аппарата, оснащенного двигателями большой и малой тя-

ги, к Фобосу с возвращением к Земле с учетом эфемерид, приуроченная к реальной

миссии, которую планируется осуществить в недалеком будущем. Представлена

методика построения экстремалей Понтрягина с учетом притяжения планет на

планетоцентрических участках траектории. Задача космодинамики формализо-

вана как задача оптимального управления и решена численно методом стрельбы.

Построены конкретные траектории, оценен возможный выигрыш при использо-

вании комбинированной тяги, а не только двигателей большой тяги.

Ключевые слова:

малая тяга, комбинированная тяга, сквозная оптимизация, оп-

тимизация межпланетных перелетов, оптимизация траектории космического

аппарата, Фобос, полет к Фобосу, экспедиция к Фобосу, экспедиция к Марсу, за-

дача космодинамики

Введение.

В настоящее время управление космическим аппаратом

(КА) посредством только реактивных двигателей большой тяги не поз-

воляет доставить к планете-цели удовлетворительную массу полезного

груза. Значительно большую массу полезной нагрузки можно доста-

вить, используя только двигатели малой тяги. Но при этом время ухо-

да КА от Земли и его торможения у планеты-цели увеличится и может

составить б

льшую часть времени перелета, став критическим с точ-

ки зрения отказоустойчивости всей системы. Достоинством исполь-

зования двигателей большой тяги является малое время перелета,

а малой тяги — большая масса полезной нагрузки. Использование их

комбинации объединяет достоинства маневров с использованием

каждого из этих двигателей, позволяет избежать указанные недостат-

ки и таким образом реализовать доставку необходимой массы полез-

ной нагрузки за приемлемое время.

Указанная проблема исследована в данной статье на примере акту-

альной задачи изучения дальнего космоса — забора проб грунта с Фо-