Моделирование траектории л.а.. исследовательский проект. 1. 1 Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам
 Скачать 2.59 Mb.
|
:text=Космические%20аппараты%20(КА)%2C%20которые%20направляются,орбите%20составляет%20около%2030%20км%2FсСодержание: Введение………………………………………………………………………………..2-3 Глава1…………………………………………………………………………………...4 1.1 Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам………………………………………………………………………………....4 1.2 Полёты космических аппаратов к Луне…………………………………………...5 1.3 Траектории межпланетных перелётов…………………………………………….6 Заключение………………………………………………………………………...........7 Библиографический список…………………………………………………………....8 Введение: Актуальность темы: данная тема в эпоху развития космических технологий является актуальной. Актуальность данного проекта обусловлена тем, что космос - это обширная тема для исследовательской деятельности, которая вызывает у многих людей интерес. «Человечество не останется вечно на земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство» - Константин Циолковский Освоение космоса — освоение человеком космического пространства и небесных тел с помощью космических аппаратов. Исследования космоса ведутся как с помощью пилотируемых космических полётов, так и с помощью автоматических космических аппаратов. В прошлом веке было разработано и успешно испытано такое разнообразие ракет-носителей, что помогло начать решать все актуальные проблемы космонавтики – от вывода на орбиту совершенно малого первого спутника до высадки экспедиции на Луну. [1] Экспресс — серия современных спутниковых платформ негерметичного исполнения российской компании ОАО ИСС, на которых базируются перспективные спутники связи, разрабатываемые этой фирмой. В данный момент разработаны три платформы, которые различаются по своей массе и по электрической мощности выделяемой для модуля полезной нагрузки (МПН): «Экспресс 1000», «Экспресс 2000» и «Экспресс 4000». (Приложение 1). Семейство этих платформ пришло на смену классическим сериям герметичных платформ КАУР (в частности КАУР-3 и КАУР-4), на базе которых строились многие предыдущие космические аппараты (КА) ОАО ИСС. [2] Оборудование: компьютер, программа «Lane» Lane — это компьютерная программа, предназначенная для моделирования траекторий движения различных летательных аппаратов (планеров, аэросатов, ракет, спускаемых аппаратов, парашютов и т.д.) и баллистических тел (пуль, мячей, снарядов, метеоритов и т.д.). [3] Цель исследовательской работы: смоделировать на компьютере траекторию полёта космического аппарата, простейшие траектории и орбиты искусственного спутника Земли. Задача проекта: проанализировать и описать траекторию космического аппарата. Этапы экспериментальной работы: Поиск баллистического редактора и информации о нём. Для этой исследовательской работы я проанализировала программы: «Орбита 1.2», «Стрелок», «Lane», «Shoot!», «PRODAS». [4] Остановилась на программе «Lane». Начала вводить данные полученные из личных расчётов и интернета. Основные методы: эксперимент и моделирование. Научная новизна: сейчас перед полётом в космос рассматриваются траекторные задачи, составляются уравнения движения центра масс летательного аппарата и на их основе рассчитываются основные лётные характеристики. Анализируется продольное движение: дополнительно составляются уравнения моментов и оцениваются статические характеристики продольной устойчивости и управляемости; линеаризуются уравнения движения и рассчитываются динамические характеристики продольной устойчивости и управляемости. Продольная устойчивость (устойчивость по тангажу) обеспечивается определенным положением фокуса самолета относительно центра масс. [5] Глава1: Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам Возможность создания искусственного спутника Земли теоретически обосновал ещё Ньютон. Он показал, что существует такая горизонтально направленная скорость, при которой тело, падая на Землю, тем не менее на нее не упадет, а будет двигаться вокруг Земли, оставаясь от неё на одном и том же расстоянии. При такой скорости тело будет приближаться к Земле вследствие её притяжения как раз на столько, на сколько из-за кривизны поверхности нашей планеты оно будет от неё удаляться. Эта скорость, которую называют первой космической (или круговой) [6] (Приложение 2). Орбита искусственного спутника Земли Практически осуществить запуск искусственного спутника Земли оказалось возможно лишь через два с половиной столетия после открытия Ньютона — 4 октября 1957 г. За время, прошедшее с этого дня, который нередко называют началом космической эры человечества, искусственные спутники самого различного устройства и назначения заняли важное место в нашей повседневной жизни. Они обеспечивают непрерывный мониторинг погоды и других природных явлений, трансляции телевидения и т. п. Спутниковая навигационная система ГЛОНАСС и другие системы глобального позиционирования позволяют в любой момент с высокой степенью точности определить координаты любой точки на Земле. Пожалуй, нет в наши дни ни одной глобальной проблемы, в решении которой не принимали участие искусственные спутники Земли (ИСЗ). Космические аппараты (КА), которые направляются к Луне и планетам, испытывают притяжение со стороны Солнца и согласно законам Кеплера так же, как и сами планеты, движутся по эллипсам. Скорость движения Земли по орбите составляет около 30 км/с. Если геометрическая сумма скорости космического аппарата, которую ему сообщили при запуске, и скорости Земли будет больше этой величины, то КА будет двигаться по орбите, лежащей за пределами земной орбиты. Если меньше - то внутри орбиты Земли. В первом случае, если аппарат летит к Марсу или другой внешней планете, энергетические затраты будут наименьшими, если КА достигнет орбиты этой планеты при своём максимальном удалении от Солнца — в афелии. Кроме того, необходимо так рассчитать время старта КА, чтобы к этому моменту в ту же точку своей орбиты пришла планета. Иначе говоря, начальная скорость и день запуска КА должны быть выбраны таким образом, чтобы КА и планета, двигаясь каждый по своей орбите, одновременно подошли к точке встречи. Во втором случае — для внутренней планеты — встреча с КА должна произойти в перигелии его орбиты. Такие траектории полётов называются полуэллиптическими. Большие оси этих эллипсов проходят через Солнце, которое находится в одном из фокусов, как и полагается по первому закону Кеплера. [7] 1.2Полёты космических аппаратов к Луне. Первоначально единственным методом изучения Луны человечеством было визуальное наблюдение. Изобретение Галилеем телескопа в 1609 году позволило добиться значительного прогресса в наблюдениях. Сам Галилей использовал свой телескоп для исследования гор и кратеров на лунной поверхности. Исследования спутника Земли с использованием космических аппаратов началось 13 сентября 1959 года с жесткой посадки советской автоматической станции «Луна-2» на поверхность спутника. В 1969 году состоялась высадка человека на Луну, началось изучение спутника с его поверхности. Европейское космическое агентство 28 сентября 2003 года запустило свою первую автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Смарт-1». 14 сентября 2007 года Япония запустила вторую АМС для исследования Луны «Кагуя». А 24 октября 2007 года в лунную гонку вступила и КНР — был запущен первый китайский спутник Луны «Чанъэ-1». С помощью этой и следующей станций учёные создают объёмную карту лунной поверхности, что в будущем может поспособствовать амбициозному проекту колонизации Луны. 22 октября 2008 года была запущена первая индийская АМС «Чандраян-1». В 2010 году Китай запустил вторую АМС «Чанъэ-2». В настоящее время несколько космических держав имеют планы по возобновлению пилотируемых полётов на Луну и созданию лунных баз. В будущем планируется: США собираются продолжать исследования Луны автоматическими станциями GRAIL (запущенной в 2011 году), LADEE (запущенной в 2013 году) и другими. Китай запустил свою первую лунно-посадочную АМС «Чанъэ-3» с первым луноходом в декабре 2013 года и первую лунно-облётную АМС с возвращаемым аппаратом в 2014 году, затем в декабре 2018 прошёл запуск «Чанъэ-4» с луноходом «Юйту-2», а далее планирует АМС, возвращающую лунный грунт, к 2019 году в преддверии пилотируемых полётов около 2025 года и строительства лунной базы к 2050 году. Япония объявила о будущих исследованиях Луны роботами. Индия планирует миссию в 2017 году своего орбитального аппарата «Чандраян-2» и небольшого лунохода, доставляемого российской АМС «Луна-Ресурс», и дальнейшие исследования Луны вплоть до пилотируемых экспедиций. Россия сначала запускает многоэтапную программу исследования Луны автоматическими станциями «Луна-Глоб» в 2015 году, «Луна-Ресурс-2» и «Луна-Ресурс-3» с луноходами в 2020 и 2022 гг, «Луна-Ресурс-4» по возврату собранного луноходами грунта в 2023 году, а затем планирует пилотируемые экспедиции в 2030-х гг. [8] Траектории межпланетных перелётов. Особенности концепции проекта марсианской экспедиции: Классическая схема полета корабля для посадки человека на другую планету выглядит следующим образом. На околоземную орбиту доставляются элементы корабля, которые собираются на орбите в единый комплекс. Затем этот комплекс с помощью двигательных установок выходит на межпланетную траекторию и в течение нескольких месяцев происходит полет к Марсу. Около Марса комплекс тормозится и выходит на околомарсианскую орбиту. От основной части комплекса отделяется специальный посадочный корабль, в котором экипаж экспедиции или его часть спускается на поверхность Марса. После выполнения работы экипаж на взлетном модуле, который находился в составе посадочного корабля, возвращается на комплекс, и экспедиция берет курс к Земле. В соответствии с изложенной концепцией межпланетный экспедиционный комплекс состоит из следующих основных частей: межпланетного орбитального корабля, в котором живет и работает экипаж в течение всей экспедиции, и в котором размещена вся основная аппаратура; электрореактивной двигательной установки с солнечными батареями в качестве источника энергии, обеспечивающей перелет от Земли к Марсу и обратно; посадочного корабля со взлетным модулем, на котором часть экипажа садится на планету и возвращается на основную часть комплекса. [9] Возможны различные варианты построения комплекса. Главная проблема - обеспечить высокую вероятность благополучного возвращения экипажа на Землю. Поэтому схема полета и принимаемые технические решения должны быть просты и надежны. Главное решение, от которого зависит и облик комплекса, и все последующие решения - это выбор двигательной установки для межпланетного перелета. Могут быть разные пути: например, использование жидкостно-реактивных двигателей, наиболее широко используемых и отработанных в космической технике. Но комплекс с этими двигателями из-за их низкой эффективности будет иметь огромную массу, как следствие этого, будет весьма дорогим, а, главное, несмотря на высокую отработанность жидкостно-реактивных двигателей, не будет обеспечена необходимая надежность и безопасность экспедиции. Более выгодным решением с точки зрения начальной массы корабля было бы использование ядерного двигателя, где энергия ядерных реакций разогревает газ, создавая необходимую тягу. Оказывается, и этот двигатель не обеспечивает необходимых требований по безопасности экипажа и стоимости. Значительными будут затраты на наземные средства отработки двигательной установки. Наиболее эффективными двигателями для использования на марсианском корабле из существующих являются электрореактивные. Эти двигатели имеют высокую надежность, низкую стоимость. Комплекс с использованием этих двигателей имеет минимальную массу. Его проще, чем какой-либо другой собрать на околоземной орбите (Приложение 3). Предлагаемая концепция марсианской экспедиции обладает следующими главными преимуществами: высокая вероятность благополучного возвращения экипажа. Трудно представить себе концепцию экспедиции, при которой эта вероятность была бы выше; минимальная, по предварительным оценкам, стоимость экспедиции, как в части самого межпланетного комплекса, так и в части наземных средств его отработки; использование электрореактивных двигателей и солнечных батарей позволяет сделать корабль многоразовым, что позволяет расширить программу летной отработки и существенно снизить стоимость программы освоения Марса; программа летной отработки средств взлетно-посадочного корабля при полете к Марсу без экипажа не только повысит безопасность, но и позволит провести исчерпывающую программу изучения поверхности Марса; стремление к экологической чистоте межпланетного комплекса увеличит вероятность поддержки проекта мировой общественностью. [10] Заключение исследовательской работы: В ходе данной исследовательской работы я изучила траектории полётов космических аппаратов на компьютере и смоделировала их на компьютере. В 1964 году Вернер фон Браун сказал, что через 10 – 15 лет путевка для полета на Луну будет стоить 5 тыс. долларов. Сегодня желающий полететь на нашем «Союзе» должен заплатить порядка 33 млн долларов. Как вы видите, ошибаются даже великие конструкторы. В общечеловеческой истории космонавтики есть одно совершенно удивительное белое пятно. Человечество за какие-то 50 лет совершило громадный научный скачок. Появилась новая область деятельности – космонавтика, которая во многом определяет его дальнейшую судьбу. Но ни один из создателей ракет и космической техники не удостоен Нобелевской премии. Это будущему поколению в XXI веке предстоит решить и эту проблему". [11] Библиографический список 1 Освоение космоса https://wiki.fenix.help/prikladnyye-nauki/problema-osvoyeniya-kosmosa 2 Экспресс https://ru.wikipedia.org/wiki/Экспресс_(спутниковая_платформа) 3 Программа «Lane» http://www.rakov.de/program.htm 4 Баллистические программы http://www.6ppc.ru/index.php?option=com_weblinks&catid=62&Itemid=23 5 Продольная устойчивость http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2014/Behtir_7.pdf#: |
