23
ЛАБОРАТОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ, СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ НАБЛЮДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НАХОДЯЩЕГОСЯ НА ОРБИТЕ ЛИССАЖУ ВОКРУГ ТОЧКИ L2 СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА Ю.В. Федоренко Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г

Ю.В. Федоренко

  • Upload
    ora

  • View
    81

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ НАБЛЮДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НАХОДЯЩЕГОСЯ НА ОРБИТЕ ЛИССАЖУ ВОКРУГ ТОЧКИ L 2 СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА. Ю.В. Федоренко. Цель работы. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Ю.В. Федоренко

ЛАБОРАТОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ, СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ НАБЛЮДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НАХОДЯЩЕГОСЯ НА ОРБИТЕ

ЛИССАЖУ ВОКРУГ ТОЧКИ L2 СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА

Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г

Page 2: Ю.В. Федоренко

2

Цель работы

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Точка L2 системы Земля-Луна – одна из пяти точек в системе из двух массивных тел, в которых третье тело с пренебрежимо малой массой, на которое не действуют никакие другие силы, кроме гравитационных сил со стороны двух первых тел, может оставаться неподвижным относительно этих тел.

Page 3: Ю.В. Федоренко

3

Цель работы

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Орбиты Лиссажу – траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такие орбиты могут быть наиболее удобны для миссий по изучению обратной стороны Луны, так как обладают меньшей амплитудой, чем гало-орбиты.

Анализ орбит Лиссажу для изучения обратной стороны Луны .

Пример траектории космического аппарата, находящегося на гало-орбите.

Пример траектории космического аппарата, находящегося на орбите Лиссажу.

Page 4: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• JWST, LISA

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• ACE• WIND• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

4

- 1978 год - Размещен вблизи L1 Солнце-Земля - Изучение солнечного ветра

Page 5: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• JWST, LISA

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• ACE• WIND• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

5

- 1995 год - Размещен вблизи L1 Солнце-Земля - Изучение солнечной атмосферы, солнечной коры, а также околосолнечных комет.

Page 6: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• LISA, JWST

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• ACE• WIND• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

6

- 2015 год – LISA – размещение L2 Солнце-Земля - 2018 год – JWST – размещение L2 Солнце-Земля

Page 7: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• JWST, LISA

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• WIND• ACE• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

7

- 1994 год - Размещение вблизи L1 Солнце-Земля - Изучение взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли

Page 8: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• JWST, LISA

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• WIND• ACE• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

8

- 1997 год - Размещение вблизи L1 Солнце-Земля - Изучение энергетических частиц солнечного ветра

Page 9: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• JWST, LISA

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• ACE• WIND• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

9

- 2012 год - Размещение вблизи L2 Солнце-Земля - Изучение реликтового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва

Page 10: Ю.В. Федоренко

Миссии с выходом на гало-орбиту:• ISEE-3• SOHO• JWST, LISA

Миссии с выходом на орбиту Лиссажу:• ACE• WIND• WMAP• Herschel

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Миссии к точкам либрации

10

- 2009 год - Размещение вблизи L2 Солнце-Земля - Изучение инфракрасного излучения в космосе

Page 11: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Математическая модель

11

Движение вокруг точки L2 системы Земля-Луна

{�̈�− �̇�− (2𝐵𝐿 2+1 ) 𝑥=0 ,

�̈�+2 �̇�+ (𝐵𝐿2 −1 ) 𝑦=0 ,�̈�+𝐵𝐿 2𝑧=0 .

Решение данной системы можно представить в виде:

где , , ,  – значения амплитуд и фаз по осям и соответственно, время, , дн., дн.

Page 12: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Исследуемые параметры

12

1. Максимальный период времени, в течение которого аппарат виден с Земли

2. Максимальный период времени, в течение которого аппарат непрерывно скрыт за Луной

3. Процентное отношение времени, в течение которого аппарат не виден с Земли, к общему времени полета =

Пример траектории Лиссажу. Зона затмения Луной закрашена серым цветом. Утолщенной линией выделен участок траектории, не пересекающий зону затмения

Ay

Az

Page 13: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

13

Графики, иллюстрирующие поведение характеристики для амплитуд 5000 км

𝜑 𝑦

𝜑 𝑧

Page 14: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

14

Графики, иллюстрирующие поведение характеристики для амплитуд 5000 км

𝜑 𝑦

𝜑 𝑧

Page 15: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

15

Графики, иллюстрирующие поведение характеристики, которая отображает отношение времени, когда аппарат в зоне затемнения, к общему времени пребывания на орбите.

𝜑 𝑦

𝜑 𝑧

Page 16: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

16

Значения характеристик th, tv и k для различных значений амплитуд

Ay,103

км

Az,103

км

min th,сутки

max th,сутки

max tv,сутки

min tv,сутки

min ,%

max ,%

15 15 0.68 0.70 167.51 160.23 0.008 0.015

15 10 0.82 0.83 159.71 152.36 0.014 0.022

10 10 1.04 1.05 152.35 145.09 0.023 0.033

10 5 1.35 1.35 114.10 106.78 0.057 0.070

5 5 2.16 2.16 92.28 85.20 0.125 0.145

Page 17: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

17

Зависимость максимального периода непрерывной видимости с Земли и максимального времени затмения спутника Луной от начальной фазы траектории , при и различных значениях амплитуд.

Для значений амплитуд Для значений амплитуд

tvth tvth

φ z φ z

Page 18: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

GMAT

18

Page 19: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

19

-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

ЛунаЗемляE_S1S1_SinL0L1L_2Sout_S2S2_E

Ось Х

Ось

Y

Page 20: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

20

0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2-0.1

-0.05

1.38777878078145E-17

0.05

0.1

ЛунаЗемляE_S1S1_SinL0L1L2Sout_S2S2_Earth

Ось X

Ось

Y 82.9

129.5165.9

184.6

Page 21: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Результаты расчетов

21

-0.1-0.09

-0.08-0.07

-0.06-0.05

-0.04-0.03

-0.02

-0.00999999999999998

1.38777878078145E-17

0.010.02

0.030.04

0.050.06

0.070.08

0.09 0.1-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

S1_SinL0L1L2Sout_S2Траектория

Page 22: Ю.В. Федоренко

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.

Заключение

22

• Проведено исследование возможностей применения точки либрации L2 системы Земля-Луна при реализации космических миссий

• Рассмотрены особенности и характеристики семейства орбит Лиссажу вокруг точки либрации L2 системы Земля-Луна.

• Доказано, что при правильном выборе фазы и времени выхода на орбиту возможны миссии, обеспечивающие непрерывную видимость аппарата от 92,27 дней (для ) до 167,51 дней (для ).

• Доказано, что комбинация фаз и может значительно (порядка 10%) сказываться на максимальном времени непрерывной видимости аппарата с Земли и незначительно (порядка 1..2%) – на максимальном времени затмения спутника Луной.

• Найдены множества комбинаций фаз и , обеспечивающие максимальное время непрерывной видимости аппарата с Земли.

Page 23: Ю.В. Федоренко

ЛАБОРАТОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ, СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ

Спасибо за внимание!

Выездной семинар «Механика, управление и информатика» Июль 2013 г.