FREE-INFORM http://free-inform.ru/phpBB3/ |
|
Стыковка возле Луны http://free-inform.ru/phpBB3/viewtopic.php?f=8&t=53 |
Страница 1 из 6 |
Автор: | Велюров [ Пн апр 09, 2012 11:16 am ] |
Заголовок сообщения: | Стыковка возле Луны |
По просьбе читателей предлагаю обсудить важный этап лунной миссии - стыковку на окололунной орбите. |
Автор: | Yana [ Пн апр 09, 2012 12:36 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Предлагаю создать тему "Стыковка возле Луны" Как это им удалось без предварительных "траекторных измерений" свести в точку встречи с совпадением линейных скоростей лунный и командный модуль, не имея параметров орбиты, не имея координат посадки лунного модуля, но имея в активе только 5-ти разрядный двоичный калькулятор, радар-дальномер (вероятно не доплеровский) с широким лепестком и оптический угломер. И при том управление взлетной ступенью исключительно ручное в реальном времени (траектория тангажа) и неочевидными правилами механики- "притормозить что бы догнать" |
Автор: | Yana [ Пн апр 09, 2012 2:04 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Для траекторных измерений критическим является соотношение между измеряемым расстоянием до КА и измерительной базой (измерительный треугольтник) Для спутников Земли все очень просто, базой является земной шар, а высота над повехностью земли на порядок меньше измерительной базы Средний радиус Земли 6 371 км Станция Мир Апогей: 393 км Перигей: 385 км Станция МКС Перигей : 337—344 км Апогей: 341—351 км Типичные параметры опорной орбиты, на примере космического корабля «Союз-ТМА» составляют: Минимальная высота над уровнем Земли (в перигее) — 193 км, Максимальная высота над уровнем Земли (в апогее) — 220 км, ========= Теперь смотрим на тракторные измерения объекта, который движется вокруг центра масс Луны, смотря на него с Земли Среднее расстояние между центрами Земли и Луны — 384 467 км А измерительная база остается той же- размер Земли ========= Теперь пытаемся понять, каким способом могли мерять траекторию Апполона на орбите Луны и посадочного модуля на поверхности. Простейший вариант- это оптический, навешиваем мощный стробоскоп-мигалку и смотрим с помошью оптического телескопа. Но такой мигалки не было, значит оптические измерения не выполнялись Уголковых отражателей как оптических, так и радиолокационных тоже не было, активная локация отпадает. Остается пассивная локация, на КА стоит стабильный передатчик, а на Земле отслеживают фазу сигнала (GPS наоборот, в GPS идет слежение за фазой сигналов со стабильной частотой с каждого спутника- фазовые дальности 10 см и кодовые дальности 10 метров). Но такого передатчика на посадочном модуле точно нет. Все траекторные измерения нужно привязывать к центру масс Луны, в том числе и точку посадки лунного молуля, который перестал быть траекторным. Центр масс Луны с Земли неизвестен. ================= Дальше задача свести в точку пространства два объекта с равенством линейных скоростей, когда ни точка старта лунного модуля, ни параметры орбиты (6 параметров) командного (орбитального) модуля не известны и синхронизация времени на двух аппаратах отсутствует. Взлетная ступень запускается... тумблером без никакой привязки во времени. При этом командный модуль на орбите Луны еще не подлетел и вероятно находится за горизонтом. Тяга двигателя взлетного двигателя с вытеснительной системой подачи топлива не регулируется и не прогнозируется. Скорость определяется интеграторами ускорения. И еще они предусматривали взлетать при отказе инерциальной системы навигации (отсутствие нормали). Для влетной траектории нужен закон изменения тангажа. Сначала взлетаем вертикально, потом заваливаем к горизонту для набора круговой орбитальной скорости. Этот закон тангажа реализуется "ручками", особенно при отказе инерциальной (на гироскопах) системы управления. Хочу понять как они собирались управляться по тангажу при потере нормали ? ========== AGC командного модуля был основным вычислительным средством системы навигации и управления, а AGC лунного модуля работал со своей собственной системой управления, навигации и контроля, называвшейся PGNCS (Primary Guidance, Navigation and Control System). Аварийная система наведения (Abort Guidance System, AGS), расположенная на борту лунного модуля на случай отказа PGNCS. AGS могла быть использована для взлёта с поверхности Луны и стыковки с командным модулем, но не для посадки. ========== А теперь все это накладываем на ограниченный ресурс топлива на обоих аппаратах. Теперь пытаемся состыковаться используя "телескоп" (в нашем понимании это больше теодолит, тахеометр-угломер) при отсутствии оптических маяков на обоих аппаратах и их радар-дальномер с широким лепеском (непонятно, радар доплеровский с измерением скорости сближения или нет). Из вычислительной мощности имеем 5-ти разрядный чистА двоичный кальнулятор с базовой производительностью 80 тыс команд в секунду и никакой вещественной арифметики. С помошью калькулятор без вещественной арифметики нужно считать нелинейные дифференциальные уравнения движения двух тел переменной массы под действием работы двигателей по неизвестным орбитам ? ========= Проводя аналогию: Не хватило топлива на стыковку с орбитальной станцией - отменили стыковку и пошли на досрочную посадку на Землю. Что возле Луны невозможно... Все это мне напоминает анекдот: Самые большие оптимисты- это евреи... Они не знают каким оно выростет, но уже обрезают... ========= Собственно вопрос это ветки: 1. Предположим взлетели 2. Предположим долетели до Луны 3. Предположим вышли на какую-то орбиту вокруг Луны (параметры орбиты неизвестны) 4. Лунный модуль прилунился (точка прилунения неизвестна)... 5. Потоптались в лунной пыли, напрыгались и нафоткались... 6. Включили тумблер запуска двигателя взлетной лунной ступени.... ... А что дальше ? ========== Справочно: в советском пректе Н1-ЛК до решения стыковки на орбите Луны дело не дошло и... Все время пытались реализовать однокорабельную посадку/взлет (но не хватало массы топлива на взлет + набор второй космической скорости Луны). Тогда непонятно, почему они посадочный аппарат не оставили на орбите Земли, подлетели, пересели, пошли на посадку (что бы не сажать и не взлетать с посадочной телозащитой с Луны), а стыковка возле земли реальна и посадочный модуль мог быть активным на своем запасе топлива. Так что стыковка взлетного лунного модуля с возвращаемым кораблем не была отработана у обоих конкурентов (наши мечтали об автоматическом взлете с луны и автоматической стыковкой с орбитальным модулем) В описании советского Лунного Корабля я не нашел внятного планирования стыковки http://www.epizodsspace.narod.ru/bibl/f ... l-fil.html =========== По взлету лунного модуля смотрим последний абзац http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/raketostr3/2-4.html И аварийная система управления http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/raketostr3/2-5.html Хочуть понять, как этим способен управлять человек в реальном времени ? |
Автор: | Гвость [ Пн апр 09, 2012 3:28 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Хорошую вы тему подняли... С Земли вычислять орбиту - явно гиблое дело... Разрешение метода - слабое. С земли можно, пожалуй, точно определить момент вылета с противоположной стороны луны и давть команду на "старт" (синхронизироваться за несколько витков) .... разрешение по времени - практически любое .... микросекунды. А вот направление облёта - большой вопрос. Как вариант, Направление облёта могла бы задать - плоскость вращения Луны вокруг Земли. С какой точностью можно определить? ... Человек тут ошибётся градусов на 20 - без проблем. Направление склонения после старта должна определять автоматика - однозначно. Предварительно автоматика должна принять параметры орбиты, а так же параметры состоявшегося прилунения Жаль, что на ЛМ не было Фазированной антенной решётки ..... Как рассчитать параболическую антенну? На предмет Площадь - ширина диаграммы? (теоретеческие) (на ЛМ вроде бы видел антенну сантиметров 50 в диаметре ..... это конечно-же слону дробина ..... А вот какая она должна быть??? ..... с диаграммой, хотя бы 1 градус...) Какова должна мощность излучателя чтобы достоверно радарить объект (расстояния не маленькие)? .... Отсюда вопрос - откуда энергия на такое дело? На первый взгляд - посыл абсолютно доказуем. Браво! ЗЫ: А про положение ЛМ, определяемое по акселерометру - вы откуда знаете (надеюсь это абсолютно достоверно)? ... Ошибка такого метода - пропорциональна квадрату времени О чём тогда тут вообще говорить 10 секунд работы двигателя = рост погрешности измерения расстояния 100 раз ....... |
Автор: | Yana [ Пн апр 09, 2012 5:17 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Гвость писал(а): С Земли вычислять орбиту - явно гиблое дело... Разрешение метода - слабое. Как рассчитать параболическую антенну? На предмет Площадь - ширина диаграммы? (теоретеческие) (на ЛМ вроде бы видел антенну сантиметров 50 в диаметре ..... это конечно-же слону дробина ..... А вот какая она должна быть??? ..... с диаграммой, хотя бы 1 градус...) Цитата: Разрешающая способность Радиотелескоп (в радианах) q » l/D, где l — длина волны, D — линейный размер апертуры антенны. Крупнейшие зеркальные антенны (диаметром до 100 м на сантиметровых волнах) обладают разрешением около 1", сравнимым с разрешением невооружённого глаза. Угловая секунда на расстоянии Луны соответствует 2 км, но 100 метровую тарелку радиотелескопа еще нужно заставить сканировать пространство для выделения максимума сигнала (который выделяется плохо). Если оценить время обращения лунатника 100 минут, то с какой скоростью должен сканировать радиотелескоп ? Практически все пеленгаторы и радиокомпасы работают с минимумом сигнала (ребро рамочной антенны) на достаточно длинных волнах с точностью градусы. На СВЧ с пеленгацией плохо за счет переотражений. Собственно для определения трехмерных параметров орбиты одного радиотелескопа мало, нужна еще дальность. А на Апполоне нет радиоответчиков. |
Автор: | Yana [ Пн апр 09, 2012 5:20 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Гвость писал(а): А про положение ЛМ, определяемое по акселерометру - вы откуда знаете (надеюсь это абсолютно достоверно)? ... Ошибка такого метода - пропорциональна квадрату времени О чём тогда тут вообще говорить 10 секунд работы двигателя = рост погрешности измерения расстояния 100 раз ....... С акселерометром хорошо до тех пор, пока нет вибраций. С появлением паразитной вибрации с акселерометром становится плохо (появляются нелинейные эффекты, которые интегрируются в неопределенную константу интегрирования, которая зависит от направления вибрации относительно направления акселерометра). |
Автор: | BigPhil [ Пн апр 09, 2012 11:43 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
А меня вот что интересует. Орбита КМ имела наклонение к лунному экватору. ЛМ отделяется и совершает посадку. Находятся там несколько дней. За это время Луна поворачивается вокруг своей оси на значительный угол и место посадки уходит из плоскости орбиты КМ. Чтобы ЛМ попал в плоскость орбиты КМ нужно для старта подождать пока Луна довернётся до нужного градуса, а она делает это неспешно. В общем случае стартовать можно раз в 2 недели. Так делают на Земле, но Земля вращается в 28 раз быстрее и окна наступают много чаще. Если же на Луне стартовать в неподходящий момент, то на исправление плоскостей орбит уйдёт много горючки и времени. А по легенде они стыковались за 1,5 оборота. Где в моих рассуждениях ошибка? В отчёте миссии Аполлон-15 мне не удалось найти наклонение орбиты при выходе на орбиту Луны. Слово inclination встречается в отчёте всего 3 раза: один раз как описание термина и 2 раза при запуске сабсателлайта, всё. Они прилунились на 26град сев.широты. Значит наклонение орбиты не может быть меньше. Вот единственное место про выравнивание плоскостей орбит: Цитата: After lunar module separation, a circularization maneuver was performed placing the command and service module in a 65.2-by-51.8 miles orbit. The command and service module remained in this orbit until about 6 hours prior to scheduled lunar module ascent when a 3-degree plane change maneuver was made so that the orbital plane of both vehicles would be coincident at the time of lift-off. Т.е за 3 дня нахождения на поверхности плоскость орбиты изменилась всего на 3 градуса? За 3 дня на поверхности Луна повернулась на 38,5 град. |
Автор: | Гвость [ Вт апр 10, 2012 6:00 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
В общем, резюмируя всё выше сказанное, стыковка на орбите Луны - дело о-очень даже непростое. Требует однозначных, испытаний и тренировок. Натурных. Я уверен те проблемы, которые озвучены в ветке - вполне предсказуемы до тестирования системы (хотя здесь уже 100% несовместимость с "осуществившимися миссиями"). Большинство вопросов и подводных камней возникнет на испытаниях. |
Автор: | Yana [ Вт апр 10, 2012 6:22 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
BigPhil писал(а): А меня вот что интересует. Орбита КМ имела наклонение к лунному экватору. ЛМ отделяется и совершает посадку. Находятся там несколько дней. За это время Луна поворачивается вокруг своей оси на значительный угол и место посадки уходит из плоскости орбиты КМ. Чтобы ЛМ попал в плоскость орбиты КМ нужно для старта подождать пока Луна довернётся до нужного градуса, а она делает это неспешно. В общем случае стартовать можно раз в 2 недели. Так делают на Земле, но Земля вращается в 28 раз быстрее и окна наступают много чаще. Если же на Луне стартовать в неподходящий момент, то на исправление плоскостей орбит уйдёт много горючки и времени. А по легенде они стыковались за 1,5 оборота. Где в моих рассуждениях ошибка? В отчёте миссии Аполлон-15 мне не удалось найти наклонение орбиты при выходе на орбиту Луны. Слово inclination встречается в отчёте всего 3 раза: один раз как описание термина и 2 раза при запуске сабсателлайта, всё. Они прилунились на 26град сев.широты. Значит наклонение орбиты не может быть меньше. Вот единственное место про выравнивание плоскостей орбит: Цитата: After lunar module separation, a circularization maneuver was performed placing the command and service module in a 65.2-by-51.8 miles orbit. The command and service module remained in this orbit until about 6 hours prior to scheduled lunar module ascent when a 3-degree plane change maneuver was made so that the orbital plane of both vehicles would be coincident at the time of lift-off. Т.е за 3 дня нахождения на поверхности плоскость орбиты изменилась всего на 3 градуса? За 3 дня на поверхности Луна повернулась на 38,5 град. Смотрим картинку схем посадки Можно считать, что А-11, А-12 и А-14 декларированно садились на лунном экваторе для нулевого наклонения орбиты. Эти три миссии правдоподобны в смысле наклона орбиты и последующего совмещения орбит при стыковке взад. Но для миссий А-15, А-16, А-17 нулевое наклонение орбиты не получается, потому как посадочному модулю нужно было бы делать боковой маневр при посадке и изменение стартового наклонения орбиты при взлете (а а это топливо как минимум и пространственный маневр с не определенными параметрами). Боковой маневр не прописан в программе полета, прилетели и... сели.... Потоптались... и взлетели... Взлетели... и каждый раз с первого раза успешно состыковались. При этом лунный модуль- это не зенитная ракета, которая должна совместиться с целью, имея существенно большую скорость на траектории преследования, тут нужно уравнять три координаты и три линейных скорости в пространстве. Вернулись к исходному вопросу КАК ЭТО ИМ УДАЛОСЬ (в отчетах процедура взлета не описывается). Например, меня озадачивает А-12 Цитата: Лунный модуль прилунился примерно в двухстах метрах от космического аппарата Сервейер-3 На момент начала торможения точка посадки не видна (орбитальная скорость, она же первая лунная космическая - 1,7 км/сек, за 100 секунд посадки место посадки находилось за сотню километров и визуально не наблюдалось. Никаких средств технического наведения на радиомаяк Сервейера (даже если маяк был) не предусмотрено, все делалось "шаловливыми ручками". Так что без траекторных измерений никак не получится,а их в плане полетов как-то и нет. А траекторные измерения нужны, потому как долговременная стабильность гироскопов- градусы. С одним угломером "телескопом" для вращающегося КК для теплового режима с астронавигацией плохо- для фиксации в пространстве нужно одновременно захватить две сильно разнесенных звезды, а одним угломером с вращающейся платформы это проблематично. Так что локально-бортовая астронавигация сомнительна в своей работоспособности для калибровки инерциальной системы стабилизации... Вернулись к исходному вопросу темы: ТРАЕКТОРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ МАНЕВРАХ ВОЗЛЕ ЛУНЫ и их точность (если таки измерения вообщее были)... |
Автор: | Yana [ Вт апр 10, 2012 6:41 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Гвость писал(а): В общем, резюмируя всё выше сказанное, стыковка на орбите Луны - дело о-очень даже непростое. Требует однозначных, испытаний и тренировок. Натурных. Я уверен те проблемы, которые озвучены в ветке - вполне предсказуемы до тестирования системы (хотя здесь уже 100% несовместимость с "осуществившимися миссиями"). Большинство вопросов и подводных камней возникнет на испытаниях. Дело даже не в тренеровках, дело в организации проекта. Мои выкладки позволяют предположить, что миссии были как максимум "облетными" с наземными траекторными измерениями (с соответвествующей неточностью), потому как для гравитационного маневра вокруг Луны точности +/- 100 км достаточно, а чем ближе к Земле, тем точнее измерения для "окна входа" в атмосферу. Но для сохранения сроков миссии, они должны были притормозить и висеть над Землей лишние дни на круговой орбите ожидания, с которой уже идти на посадку (тут и скорости другие и подготовка трактории посадки другая) вместо попадания с единственной попытки в 10-ти километровое "посадочное окно"... А еще проще было пересидеть всю миссию на круговой орбите и не летать в сторону Луны... А еще проще... было совсем не летать... ========= В качестве примера http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D1%8E%D0%B7-3 когда профессиональный летчик-штурмовик Береговой многократно пытался сблизиться в ручном режиме для стыковки... с субъективной потерей пространственной ориентации. При этом соосность обоих аппаратов поддерживалась автоматически |
Автор: | Закорецкий [ Вт апр 10, 2012 7:21 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Нашел две схемы стыковки у Луны (в чем-то различающиеся). Где я нашел эту схему - не помню (видимо, где-то в Интернете): Увеличенный фрагмент: В какой-то мере логично: старт с Луны до требуемой высоты. А вот схема в БСЭ 3-ье изд. том. 2: Тут почему-то вариант длительной работы двигателя с очень медленным набором высоты. |
Автор: | Yana [ Вт апр 10, 2012 8:05 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Возня вокруг первых советских стыковок в воспоминаниях Феоктистова (руководителя проекта "Союз"), в прошлом баллистика. http://www.astronaut.ru/bookcase/books/ ... ext/06.htm По идее американы должны были пройти аналогичную разработку системы стыковки. Но это оказалось не так. Если у наших стыковка предполагалась автоматической (как основная) и ручной (резервной) в случае частичного отказа системы. У американов, наоборот, ручной режим- основной, а полностью автоматичской стыковки вообще не предусматривалось. Так что в стыковку у американов закладывался "человечский фактор" ошибок при ограниченном запасе топлива. А после исчерпания запаса топлива им оставалось только петь патриотические песТни в ожидании исчерпания уже запасов кислорода... |
Автор: | Yana [ Вт апр 10, 2012 8:19 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Закорецкий писал(а): Тут почему-то вариант длительной работы двигателя с очень медленным набором высоты. Это самый безсмысленный маневр (длительная работа двигателя на малой тяге с зависанием) когда топливо уходит в гравитационные потери. Самым выгодным является старт (и посадка, как обращенная операция с точностью до изменения массы) с максимальной тягой и максимальной перегрузкой, что бы как можно быстрее набрать тангенциальную скорость и компенсировать силу гравитации центробежной силой (на старте гравитация компенсируется только вертикальной составляющей тяги, которая собственно для старта безполезна). Потому чем больше тяга, чем больше заваливаем траекторию к горизонтали- тем эффективнее взлет (тем меньше гравитационные потери на зависание) Возвращаясь к лунному модулю- чем задается угол наклона тяги к горизонту (тангаж), кроме как "шаловливыми ручками" астронХта ? Собственно это закон изменения - чем больше тангенциальная скорость (горизонтальная), тем меньше радиальная (вертикальная) тяга, тем больше завален нос модуля к горизонту. И тем меньше общий расход топлива (больше секундный расход, больше тяга, больше ускорения, но меньше время работы, при большем ускорении быстрее достигается орбитальная скорость) |
Автор: | Закорецкий [ Вт апр 10, 2012 9:03 am ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Цитата: Возвращаясь к лунному модулю- чем задается угол наклона тяги к горизонту (тангаж), кроме как "шаловливыми ручками" астронХта ? Кстати, важный момент. Так как ЛМ садиться мог под разным углом наклона вертикали к орбите КМ+СМ, то возникает проблема выставления правильного угла старта двигателями ориентации сразу после старта. Ибо чем дальше это делать, тем больше потребуется топлива. И что? Порядок работы двигателей ориентации устанавливал астронавт "на глаз"? Восхитительно! Родственник мне рассказывал, что на Байконуре вертикаль "Союза" на столе выравнивали лазерными дальномерами. А на Луне чем? Один астронавт отошел в сторону и на листике фломастером прикидывал какие движки ориентации сколько секунд должны куда отработать? Невероятно! |
Автор: | Yana [ Вт апр 10, 2012 1:03 pm ] |
Заголовок сообщения: | Re: Стыковка возле Луны |
Закорецкий писал(а): Цитата: Возвращаясь к лунному модулю- чем задается угол наклона тяги к горизонту (тангаж), кроме как "шаловливыми ручками" астронХта ? Кстати, важный момент. Так как ЛМ садиться мог под разным углом наклона вертикали к орбите КМ+СМ, то возникает проблема выставления правильного угла старта двигателями ориентации сразу после старта. Ибо чем дальше это делать, тем больше потребуется топлива. И что? Порядок работы двигателей ориентации устанавливал астронавт "на глаз"? Восхитительно! Родственник мне рассказывал, что на Байконуре вертикаль "Союза" на столе выравнивали лазерными дальномерами. А на Луне чем? Один астронавт отошел в сторону и на листике фломастером прикидывал какие движки ориентации сколько секунд должны куда отработать? Невероятно! В дотехнологическую эпоху для стрельбы из гаубицы с закрытой позиции используется... пузырьковый уровень (восстановление горизонтали). Даже с лучшим успехом может использоваться отвес (грузик на веревочке). Вот только одна проблема- они восстанавливают не направление на центр масс планеты, а только локальную гравитационную нормаль, а на Луне присутствуют масконы- зоны повышенной плотности грунта |
Страница 1 из 6 | Часовой пояс: UTC + 3 часа |
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |