На тему: «Искусственные спутники и космические аппараты».

по дисциплине: «Введение в специальность»

Утверждено на

заседании редсовета

«___»___________ 20 г.

Протокол № _____

Байконур 2015 г.

Аннотация

Методические указания к проведению курсовой работы предназначены для помощи студентам специальности 240503 в выполнении расчетов по определению основных величин для запуска небесных тел по курсу «Введение в специальность».

Курсовая работа основана на изучении теоретической основ запуска и движения искусственных спутников (ИС), а также движения космических аппаратов (КА).

Содержание

Основные обозначения

АО — агрегатный отсек

ВЭО — высокоэллиптическая орбита

ГОСК — гринвичская относительная система координат

ГСО — геостационарная орбита

ГУС — гарантированный уровень сигнала

ГЭИСК — гелиоцентрическая экваториальная инерциальная система координат

ГЭСК — гелиоцентрическая экваториальная система координат

ДЗЗ — дистанционное зондирование Земли

ДУ — двигательная установка

ЖРД — жидкостный ракетный двигатель

ИК — инфракрасный

ИСЗ — искусственный спутник Земли

КА — космический аппарат

МТКК — многоразовый транспортный космический корабль

ОДУ — объединенная двигательная установка

ОС — орбитальная станция

РБ — разгонный блок

СА — спускаемый аппарат

ССС — система спутниковой связи

СТР — система терморегулирования

СУД — система управления движением

СЭО — система энергообеспечения

ТДУ — тормозная двигательная установка

ТК — транспортный корабль

ЭРДУ — электрореактивная двигательная установка

Введение

Изучению различных вопросов космических аппаратов посвящено множество публикаций отечественных и зарубежных авторов. Несмотря на это сложилась такая ситуация, когда при большом количестве литературы, посвященной полету космического аппарата (КА), новому специалисту приходится сталкиваться с серьезными трудностями при усвоении и практическом использовании результатов теории полета КА в своей повседневной работе.

Более глубокому осмыслению теоретического материала способствует систематическое решение задач.

Решение задач требует от обучаемых самостоятельной проработки определенного раздела курса. Поэтому первым условием продуктивности, пользы от решения задач является предварительное ознакомление с теоретическим материалом. В пособии приведены формульные зависимости и краткие справочные сведения по рассматриваемым разделам.

Решая задачу нужно стремиться не только получить правильный ответ, но и усвоить общий метод расчета или общий метод решения подобных задач.

Большую помощь оказывает графическое представление результатов решения задачи. Поэтому в пособии часть задач сформулирована таким образом, что ответ должен быть представлен в виде графической зависимости. Это поможет более глубоко использовать закономерности изучаемого явления.

Целью курсовой работы является:

1) изучить теоретических основ запуска небесных тел.

2) ознакомиться и изучить международные программы по освоению Космоса, а также орбитальные станции и космические аппараты.

.

1. Краткие теоретические основы.

Теоретической основой запуска и движения искусственных спутников (ИС) является ограниченная задача двух тел, а движения космических аппаратов (КА) – ограниченная задача трех и более тел, поскольку массы искусственных небесных тел ничтожно малы в сравнении с массой М Земли, Луны, планет или Солнца. Поэтому для искусственных небесных тел интеграл энергии имеет вид

, (1)

где γ – гравитационная постоянная, M - масса центрального тела, r – расстояние от центрального тела, a – большая полуось орбиты.

Чтобы создать искусственное небесное тело, ему необходимо при выводе на орбиту сообщить некоторую начальную скорость V_H (скорость запуска), величина и направление которой определяется техническими возможностями и задачами запуска. Технически осуществляется с помощью многоступенчатых ракет, последняя ступень которой сообщает искусственному небесному телу требуемую скорость запуска V_H и тем самым выводит его на орбиту на некоторой высоте h_H над поверхностью естественного небесного тела. Высота запуска зависит от плотности слоев атмосферы, окружающей небесное тело, и, в частности, для Земли всегда h_H≥160 км.

При прочих равных условиях наименьшие значения величины начальной скорости получается при ее направлении, перпендикулярном к радиусу небесного тела. Поэтому, как правило, искусственные спутники выводятся на орбиту в горизонтальном направлении. Именно эти условия запуска и будут рассмотрены в дальнейшем.

Величина скорости запуска V_H зависит от поставленной задачи. Если нужно создать ИС с круговой орбитой, то ему на расстоянии r от центра небесного тела должна быть сообщена скорость

(2)

Где – круговая скорость, при которой из уравнения (1) получается , т. е. орбита ИС будет круговой (рис. 1)

При необходимости запуска ИС по эллиптической орбите с большой полуосью a скорость запуска определяется неравенством

Где – параболическая скорость, причем вычисляется из уравнения (1) по заданным значениям и

Космические аппараты (КА), предназначенные для исследования далеких областей космического пространства, должны преодолеть притяжение небесного тела, с которого они запущены, а это возможно только в том случае, если сообщаемая им скорость запуска

При подстановке в уравнение (1) значения

(3)

получим , т. е. орбитой КА будет разомкнутая кривая второго порядка – парабола. При движение КА происходит по гиперболе, если считать, что ИС и КА запускаются непосредственно с поверхности небесного тела с массой М и радиусом R, то в формулах (2) и (3) следует положить r=R и, в частности, для Земли расчетный радиус R=6370км. Вычисленные для поверхности небесного тела (r=R) значения круговой Va и параболической скорости называются первой и второй космической скоростью. Причем параболическая скорость Vn часто называется критической скоростью или скоростью освобождения.

Значения Va и Vn для поверхности небесного тела: r=R, которые мы обозначим, соответственно, через ωa и ωn легко определяются через ускорение силы тяжести q на поверхности небесного тела. В самом деле, поскольку из закона всемирного тяготения следует

,

то (4)

и, подставляя (4) в формулы (2) и (3) при r=R получим

(5)

и (6)

в действительности же, как уже указывалось ранее, скорость запуска V_H сообщается искусственному небесному телу на некоторой высоте h_H над поверхностью небесного тела, поэтому, строго говоря, при расчетах скорости запуска следует полагать

и согласно выражениям (2), (4), (5), (6) круговая скорость

, (7)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: