В основе невозмущенного движения космического аппарата лежит его орбита. Орбита представляет собой эксцентрическую эллиптическую траекторию, по которой аппарат движется вокруг какого-либо основного тела, в данном случае – Земли.
Основными моментами орбиты являются полуось и эксцентриситет. Полуось – это расстояние от аппарата до основного тела и является основным выражением его орбиты. Эксцентриситет позволяет определить степень отклонения орбиты от круглосуточной окружности.
Каждому космическому аппарату устанавливаются определенные параметры орбиты, которые зависят от целей его миссии и условий обслуживания. Для этого используются перицентр и апоцентр – точки орбиты, наиболее близкие и удаленные от основного тела соответственно.
В результате невозмущенное движение аппарата является результатом равновесия гравитационного притяжения Земли и его скорости. Орбита позволяет аппарату стабилизировать свое движение и избегать различных аномалий, особенно в состоянии парковочной орбиты. Это позволяет космическому аппарату оставаться на орбите, не требуя большей мощности или постоянного контроля.
Законы Кеплера и элементы орбиты
Орбитальное движение космического аппарата вокруг платформы определяется законами Кеплера, которые устанавливают основные требования для реализации стабильной орбиты. Элементы орбиты, такие как полуоси и эксцентриситет, описывают форму и размер орбиты.
Орбиты космических аппаратов могут быть различными: круговыми, эллиптическими или гиперболическими. Круговые орбиты имеют постоянную полуось и эксцентриситет равный нулю, они являются идеальными орбитами, хотя на практике их не удается достичь. Эллиптические орбиты имеют полуоси, задающие эллипс, а эксцентриситет отличен от нуля, что означает, что орбита не является круговой. Гиперболические орбиты имеют эксцентриситет больше единицы и позволяют аппаратам покинуть систему Земли и двигаться в космосе дальше.
Законы Кеплера определяют орбиту аппарата относительно платформы. Основной закон, или первый закон Кеплера, гласит, что траектория движения аппарата вокруг платформы представляет собой замкнутую эллипсиссистему. Второй закон Кеплера, или закон равномерного движения по радиус-вектору, устанавливает, что аппарат движется по линии, соединяющей его с платформой, «по радиусу», так что за равные промежутки времени перемещается на равные расстояния. И, наконец, третий закон Кеплера, или закон периодов, говорит о том, что квадраты периодов обращения платформы и аппарата пропорциональны кубам их средних расстояний от соответствующих центров.
Для орбитального движения необходима стабилизация аппарата, чтобы сохранить его ориентацию относительно платформы. Для этой цели используются системы стабилизации, которые могут быть жестко закреплены на аппарате или иметь свободную ориентацию. Системы стабилизации позволяют аппарату выполнять необходимые маневры и изменения ориентации, а также компенсировать внешние силы, оказывающие воздействие на аппарат.
Элементы орбиты определяются основании геометрических и угловых зависимостей движения аппарата. Они включают в себя полуоси орбиты, эксцентриситет, аргумент перицентра, широту перигея и долготу восходящего узла. Полуоси орбиты определяют размер орбиты, эксцентриситет характеризует форму орбиты, а аргумент перицентра показывает направление перигея — точки орбиты, ближайшей к платформе. Широта перигея и долгота восходящего узла определяют положение орбиты относительно плоскости эклиптики и начала годовых равноденствий.
Двигатели на борту аппарата обеспечивают эффективную скорость и изменение орбиты. Это может быть достигнуто либо путем изменения полуосей и эксцентриситета орбиты, либо изменением аргумента перицентра. Для выполнения маневров спутники часто оснащаются двигателями с использованием ракетного топлива и батареями. Такая система позволяет аппаратам выполнить необходимые коррекции орбиты или изменить свое положение в пространстве.
- Закон сохранения энергии позволяет спутникам невозмущенно двигаться вокруг Земли.
- Закон сохранения момента импульса обусловливает возникновение стабильного движения вокруг платформы.
- Гравитационное воздействие Солнца и Луны на спутник оказывает влияние на его орбиту.
Невозмущённое движение ИСЗ
Другим важным фактором является форма орбиты аппарата. Обычно спутники двигаются по эллипсоидам, где одной из ключевых характеристик является большая полуось, которая отображает положение аппарата относительно Земли и Солнца. Малыми изменениями формы орбиты можно добиться положительного или отрицательного наклона, который будет влиять на движение аппарата.
Еще одним важным фактором является скорость аппарата. На различных орбитах скорость движения может быть разной. Например, для геостационарной орбиты, на которой спутники двигаются с той же угловой скоростью, что и Земля вокруг своей оси, скорость космического аппарата должна быть примерно 3600 километров в час.
Для решения задачи о невозмущенном движении космического аппарата инженеры часто используют векторное наклонение орбиты, которое определяется пособием «Скорость и ориентация космического аппарата». Также важным параметром является ориентация аппарата относительно Земли и Земного экватора. Этот параметр может быть формализован с помощью измерения высоты аппарата относительно эллипсоида Земли и определением его угла периода обращения.
Собственное вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца также играет важную роль в движении космического аппарата. В наше время инженерам удается точно определить угловые скорости полета аппаратов, используя магнитное поле Земли. Это позволяет поддерживать стационарную плоскость орбиты аппарата относительно Земли.
Одной из задач, которую необходимо решить в процессе невозмущенного движения космического аппарата, является определение положения спутника относительно осей орбиты. Для этого инженеры используют параметр эллиптичности орбиты, который может быть определен с помощью измерения энергии, получаемой от Солнца.
Для достижения определенной ориентации спутниковых платформ, необходимо сделать базовый коэффициент орбиты (апсид) равным двум квадратам. Кроме того, чтобы избежать избытка параметров, на орбиту должны вноситься некоторые корректировки, связанные с положением аппарата относительно Солнца.
Основные параметры орбиты
Если мы рассматриваем задачу невозмущенного движения космического аппарата, то важно определить основные параметры орбиты, которые будут влиять на его траекторию. Одним из таких параметров является наклонение орбиты — угол между плоскостью орбиты и экватором Земли.
Также важно знать положение орбиты аппарата относительно Земли и Солнца. Как уже было сказано, это можно узнать, измерив скорость и ориентацию аппарата в пространстве. Благодаря этим данным можно определить уже рассмотренные ранее параметры, такие как скорость и наклонение орбиты.
В итоге, чтобы достичь невозмущенного движения космического аппарата, необходимо учесть все вышеперечисленные факторы и параметры. И только тогда можно будет говорить о «гладком» движении аппарата по определенной орбите в космическом пространстве.
Невозмущенное движение искусственных спутников Земли
Невозмущенное движение искусственных спутников Земли описывается законами классической механики, которые определяют движение тела под действием силы тяготения и других влияющих факторов.
В движении искусственных спутников Земли существуют две основные величины — энергия и угловой момент. Уравнение, которому подчиняется движение спутника, включает эти величины, а также массу спутника, массу Земли, расстояние между ними и гравитационную постоянную.
Невозмущенное движение искусственного спутника предполагает отсутствие внешних воздействий, таких как трение или сопротивление атмосферы. Поэтому, пока спутник находится в свободном движении, его скорость и угловая скорость остаются постоянными.
Стабилизация движения
Для стабилизации движения искусственных спутников Земли используются различные методы. Один из них — использование двухосной стабилизации, при которой спутник оснащается маховиком. Маховик создает крутящий момент, который компенсирует возмущения и обеспечивает стабильное положение спутника в пространстве.
Еще один метод стабилизации — использование магнитного поля Земли. Некоторые спутники оснащены магнитными стержнями или катушками, которые взаимодействуют с магнитным полем Земли и позволяют управлять положением спутника.
Кеплеровское движение
Кеплеровское движение искусственных спутников Земли описывается тремя законами Кеплера. Первый закон гласит, что спутник движется по эллиптической орбите, при фокусе которой находится центр Земли.
Второй закон Кеплера устанавливает, что скорость спутника изменяется в зависимости от его удаленности от центра Земли. Ближе к Земле спутник движется быстрее, а дальше — медленнее.
Третий закон Кеплера связывает период обращения спутника вокруг Земли с его расстоянием от центра Земли. Чем дальше спутник от центра Земли, тем дольше его период обращения.
- Основным моментом в обеспечении стабилизации движения спутника является уравнение, коэффициенты которого можно превратить в простые экспоненты связь это с тем, что в ортогональных осях положение спутника, форму уравнений системы можно свести к их дрифтам.
- Первое ограничение на сильно эллиптических орбитах вызывает необходимость ввода связи между центральными угловыми скоростями между осью с минимальным углом наклона к эллиптической орбите и осью эклиптики
- В декабре 1946 года задача о стабилизации в ортогональных осях была решена наиболее простым способом.
0 Комментариев