Баллистика и навигация в проекте « Венера-Д »

1. Баллистика и навигация в проекте «Венера-Д» А.Г. Тучин1, C.M. Лавренов2, В.А. Степаньянц1, В.А. Шишов1 (1) Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (2) НИУ Высшая школа экономики Москва 2013

2. Сравнение возможных окон старта по суммарным затратам характеристической скорости

3. Изолинии суммарной характеристической скоростидля окна стартов 2020 года По оси абсцисс – даты старта, по оси ординат – продолжительность перелёта (в сутках). На перекрестье красных линий – оптимальная дата старта (11.01.2020) и продолжительность перелёта (196 суток).

4. Траектория перелёта

5. Основные баллистические задачи, которые решаются во время полёта КА «Венера-Д» • Расчёт целеуказаний для наземных станций слежения • Первичная обработка траекторных измерений • Определение параметров движения КА и прогнозирование его движения • Вычисление параметров маневрирования при переходах КА с орбиты на орбиту • Вычисления данных для системы управления на борту КА • Обеспечение выполнения научной программы

6. Основные манёвры • Выведение на орбиту перелёта с опорной орбиты ИСЗ. • Первая коррекция выполняется на седьмой день полёта. • Вторая коррекция выполняется за четыре дня до сближения с Венерой. После неё происходит отделение спускаемого аппарата и его дальнейший автономный полёт, а основной КА совершает манёвр увода и переходит на пролётную гиперболу с наклонением 90º и высотой перицентра 250 км. • Третья коррекция КА выполняется за один день до сближения с Венерой с целью исправления возможных ошибок второй коррекции. • Манёвр торможения выполняется в перицентре подлётной гиперболы и КА переходит на высокоэксцентричную эллиптическую орбиту вокруг Венеры.

7. Траекторные измерения во время полёта Измеренияпроводятся в X-диапазоне: на передачу - 7.145-7.235 ГГц; на прием - 8.400-8.500 ГГц. Ошибки измерений: по дальности σR = 20 м, по радиальной скорости σRR = 0.2 мм/с. Станции слежения: (до 2 млн км) Байконур, ТНА-57 (диаметр антенны 12.5 м) Медвежьи Озёра, ТНА-57 (диаметр антенны 12.5 м) (после 2 млн км) Уссурийск, П-2500 (диаметр антенны 70 м) Медвежьи Озёра, ТНА-1500 (диаметр антенны 64 м)

8. Программа траекторных измерений • До первой коррекции – ежедневно. • После первой коррекции – раз в четыре дня. • В течение двух недельдо выполнения второй коррекции – ежедневно. • После второй коррекции – два сеанса.

9. Cхема доставки спускаемого аппарата (СА)

10. Районы баллистической достижимости на поверхности Венеры в 2020 – 2026 годах 2020 г 2021 г 2023 г 2026 г 2024 г

11. Район баллистической достижимости для окна стартов 2020 года Зависимость углов от долготы точки посадки: угол Земля – СА – Венера (красная линия), угол Солнце – СА – Венера (синяя линия) (СА – спускаемый аппарат)

12. Варианты периодов орбит основного КА и субспутника

13. Вариант 1.Элементы орбиты основного КА после его выхода на орбиту ИСВ

14. Определение параметров движения КА на орбите искусственного спутника Венеры

15. Источники ошибок при моделировании движения КА • Недостаточная точность той части модели гравитационного поля Венеры, которая привлечена к вычислению возмущений в движении КА для быстрой оперативной работы; модель гравитационного поля NASA MGNP120PSAAP имеет порядок 120×120; • Наличие немоделируемых микроускорений, вызванных работой двигателей, при изменении ориентации КА; • Неточный учёт сил давления, вызванных солнечной радиацией; • Неточность модели относительного движения Венеры и Земли

16. Выводы 1. При оптимизации энергетических затрат в проекте «Венера-Д» выяснилось, что области на Венере, которые достигает спускаемый аппарат, оказываются вне прямой радиовидимости с Земли и не освещены Солнцем. Следовательно, телеметрия со спускаемого аппарата должна осуществляться через орбитальный КА, а работоспособность спускаемого аппарата должна поддерживаться за счёт внутренних источников энергии. 2. Изменения в баллистической схеме для осуществления более точной навигации приведут к дополнительным энергетическим затратам. 3. Желательно построить задачу совместного определения параметров движения КА, Венеры и Земли в рамках единой динамической модели.