Космические исследования, 2020, T. 58, № 2, стр. 138-148

Построение оптимальных траекторий для экспедиции Земля–Астероид–Земля при полете с большой тягой

В. В. Ивашкин 1 2*, Аньци Лан 3**

1 Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
г. Москва, Россия

2 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
г. Москва, Россия

3 Xi’an Jiaotong University
Shaanxi, China, Xi’an, КНР

* E-mail: Ivashkin@keldysh.ru
** E-mail: langanqi@xjtu.edu.cn

Поступила в редакцию 01.10.2018
После доработки 29.01.2019
Принята к публикации 25.04.2019

Аннотация

В работе построены и проанализированы оптимальные траектории экспедиции к “опасному” астероиду Апофис, предназначенной для изучения астероида, взятия образцов его грунта и возвращения на Землю. Использована схема полета с применением химических двигательных установок “большой” тяги. Для полета к астероиду в 2019–2022 гг. с общей продолжительностью экспедиции до двух лет получены оптимальные по полезной массе трехимпульсные траектории КА. Показана принципиальная возможность осуществления космической экспедиции Земля–Апофис–Земля на основе ракет-носителей (РН) типа “Союз” и разгонного блока “Фрегат” при полете в 2019–2022 гг.

DOI: 10.31857/S0023420620020065

Список литературы

  1. Atkins K.L., Brownlee D.E., Duxbury T. et al. STARDUST: Discovery’s InterStellar dust and cometary sample return mission // Aerospace Conference, 1997. Proceedings, IEEE. № 4. P. 229–245.

  2. Sandford S.A. The Power of Sample Return Missions-Stardust and Hayabusa // Proceedings of the International Astronomical Union, 2011. № 7(S280). P. 275–287.

  3. Ajluni T., Everett D., Linn T. et al. OSIRIS-REx, returning the asteroid sample // Aerospace Conference, 2015 IEEE. IEEE, 2015. P. 1–15.

  4. Астероидо-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра / Под ред. Шустова Б.М., Рыхловой Л.В. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010.

  5. Соколов Л.Л., Башаков А.А., Борисова Т.П. и др. Траектории соударения астероида Апофис с Землей в XXI веке // Астрономический вестник. 2012. Т. 46. № 4. С. 311–320.

  6. Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований / Ред. Полищука Г.М. и Пичхадзе К.М. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010.

  7. Ивашкин В.В., Лан А. Определение и анализ оптимальных космических траекторий для организации экспедиции Земля–Апофис–Земля с применением двигательных установок большой тяги // Космонавтика и ракетостроение. 2017. Вып 5(98). С. 63–71.

  8. Ивашкин В.В., Лан А. Оптимальные траектории для экспедиции Земля–астероид–Земля при полете с большой тягой // Доклады Академии Наук. Т. 484. № 2. С. 161–166.

  9. Hohmann W. Die Erreichbarkeit der Himmelskörper. München und Berlin. Druck und Verlag R.Oldenbourg. 1926.

  10. Циолковский К.Э. Исследование мировых пространств реактивными приборами [1911–1912 гг.] // Пионеры ракетной техники. Кибальчич. Циолковский. Цандер. Кондратюк. Избранные труды. М.: Наука, 1964.

  11. Лан Аньци. Анализ космических траекторий для экспедиции Земля–Апофис–Земля и движения космического аппарата вокруг астероида Апофис // Инженерный журн.: наука и инновации. 2017. Вып. 7.

  12. Ивашкин В.В. Оптимизация космических маневров при ограничениях на расстояния до планет. М.: Наука, 1975.

  13. Ильин В.А., Кузмак Г.Е. Оптимальные перелеты космических аппаратов с двигателями большой тяги. М.: Наука, 1976.

  14. Кубасов В.Н., Дашков А.А. Межпланетные полеты. М.: Машиностроение, 1979.

  15. Соболь И.М., Статинков Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многим критериями. М.: Наука, 1981.

  16. Numerical recipes in C: The art of Scientific computing / Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T. et al. 2nd ed. Cambridge University Press, 1992.

  17. Sobol’ I.M., Asotsky D., Kreinin A. et al. Construction and Comparison of High-Dimensional Sobol’ Generators // Wilmott J. 2012. V. 2011. Is.56. P. 64–79.

  18. Панченко Т.В. Генетические алгоритмы: учебно-м-етодическое пособие / Под ред. Тарасевича Ю.Ю. Астрахань: Издательский дом “Астраханский университет”, 2007.

  19. Nocedal J., Wright S.J. Numerical Optimization. USA: Springer, 2006.

  20. Ивашкин В.В., Лан А. Анализ оптимальности траекторий экспедиции Земля–астероид–Земля. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2017. № 113. https://doi.org/10.20948/prepr-2017-113

  21. Lawden D.F. Optimal trajectories for space navigation. London, Butterworths. 1963.

  22. Чарный В.И. Об изохронных производных // Искусственные спутники Земли. 1963. Вып. 16.

  23. Pines S. Constants of the Motion for Optimum Thrust Trajectories in a Central Force Field // AIAA. 1964. V. 2. № 11. P. 2010–2014.

  24. Lion P.M., Handelsman M. Primer Vector on Fixed-Time Impulsive Trajectories // AIAA. 1968. V. 6. № 1. P. 127–132.

  25. Jezewski D.J., Rozendaal H.L. An Efficient Method for Calculating Optimal Free-Space N-Impulse Trajectories // AIAA. 1968. V. 6. № 11. P. 2160–2165.

  26. Robbins H.M. An Analytical Study of the Impulsive Approximation // AIAA. 1966. V. 4. № 8. P. 1417–1423.

  27. Захаров Ю.А. Проектирование межорбитальных космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984.

  28. Хохулин В.С., Чумаков В.А. Проектирование космических разгонных блоков с ЖРД. М.: Изд-во МАИ, 2000.

  29. Бычков А.Д., Ивашкин В.В. Проектно-баллистический анализ создания многоразовой транспортной системы Земля–Луна–Земля на основе ядерного ракетного двигателя // Космонавтика и ракетостроение. 2014. № 1. С. 68–76.

  30. Аббасов М.Э. Методы оптимизации. СПб.: Издательство “ВВМ”, 2014.

Дополнительные материалы отсутствуют.