Способ автоматического управления причаливанием

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для стыковки кооперируемых космических кораблей (КК), например транспортных КК с орбитальной станцией. Способ согласно изобретению включает ориентацию и управление движением центра масс активного КК, ориентацию пассивного КК относительно заданной системы координат, определение углового рассогласования активного или пассивного КК относительно линии визирования. При этом ориентацию активного КК производят относительно той же заданной системы координат, что и пассивного КК, а управление движением центра масс активного КК перпендикулярно линии визирования выполняют по углу положения этой линии, который вычисляют как разность между углом рассогласования активного или пассивного КК относительно заданной системы координат и соответствующим углом рассогласования этих КК относительно линии визирования. В качестве заданной системы координат может быть использована инерциальная или орбитальная. Изобретение позволяет повысить качество, снизить стоимость и массу средств управления КК.

Способ автоматического управления причаливанием может быть использован для стыковки транспортных космических кораблей с орбитальной станцией.

Известен способ управления причаливанием, использовавшийся для стыковки транспортных кораблей "Союз" и "Прогресс", именуемый в дальнейшем изложении активным корабль (АК), с орбитальной станцией "Салют", именуемой в дальнейшем - пассивный корабль (ПК). Система, реализовавшая этот способ управления, описана в статье "Автоматическая система управления сближением", авторов Раушенбаха Б.В. и Легостаева В.П., опубликованной в журнале "Космические исследования" (том 7, вып. 6, 1969 год).

В этом способе по измеренным углам рассогласования связанных осей ПК относительно линии визирования проводили управление движением вокруг центра масс ПК, а по углам рассогласования связанных осей АК относительно линии визирования - управление движением вокруг центра масс АК. По определенной угловой скорости линии визирования корректировали движение центра масс АК в направлении, перпендикулярном линии визирования. Коррекция сводилась к ограничению модуля угловой скорости линии визирования. Кроме этого осуществлялась коррекция движения центра масс для выполнения заданной программы изменения скорости сближения вдоль линии визирования в зависимости от дальности.

Вследствие движения с изменяющейся по величине и направлению угловой скоростью линии визирования данный способ управления предъявляет к системе управления ПК требования, невыполнимые для больших орбитальных станций типа "Мир".

Известен способ управления причаливанием, использующийся в системе управления транспортных кораблей "Союз ТМ" (АК) и "Прогресс М" (АК) для стыковки с орбитальной станцией "Мир" (ПК). Описание системы управления, реализующей этот способ, изложено в учебном пособии под редакцией проф. Гаушуса Э.В., "Системы навигации и управления движением пилотируемых космических аппаратов" (инв. номер И-6/4142 Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э.Баумана (1993 г.). В данном способе управление движением вокруг центра масс ПК во время причаливания (ориентацию) производят относительно заданной системы координат (орбитальной или инерциальной). Производится определение углов рассогласования связанных осей активного и пассивного кораблей относительно линии визирования. Управление движением вокруг центра масс АК выполняют по измеренным его углам рассогласования относительно линии визирования, а по измеренным углам рассогласования ПК относительно линии визирования и определенной угловой скоростью линии визирования корректируют движение центра масс АК в направлении, перпендикулярном линии визирования. Управление движением центра масс АК в направлении линии визирования проводится для выдерживания заданной программы регулирования скорости причаливания в зависимости от дальности.

Недостатком данного способа управления являются дополнительные включения исполнительных органов (ИО), ухудшающие качество управления вследствие взаимосвязи каналов управления движениями центра масс и вокруг центра масс АК. Эта взаимосвязь проявляется, когда расстояния между чувствительными элементами АК и ПК становятся сравнимыми с выносом их от соответствующих центров масс. Эта взаимосвязь ухудшает переходные процессы.

Вторым недостатком способа управления является необходимость одновременного измерения углов рассогласования связанных осей АК и ПК относительно линии визирования. Это требование увеличивает стоимость измерителя, усложняет размещение измерительной аппаратуры на АК и ПК и увеличивает ее вес.

Техническим результатом изобретения является повышение качества управления с одновременным снижением стоимости измерителя параметров относительного движения, упрощение размещения аппаратуры на АК и ПК и снижение ее веса.

Технический результат достигается тем, что способ автоматического управления причаливанием, включающий определение углов рассогласования связанных осей активного или пассивного корабля относительно линии визирования, регулирование скорости причаливания активного корабля в направлении линии визирования в зависимости от дальности, ориентацию активного корабля, относительно заданной системы координат отличается тем, что ориентацию активного корабля производят относительно той же заданной системы координат, относительно которой ориентирует связанные оси пассивный корабль, а управление движением центра масс активного корабля в направлении, перпендикулярном линии визирования производят по угловому положению линии визирования (обнуляя его), которое определяют как разность между углами рассогласования связанных осей активного или пассивного корабля относительно заданной системы координат и соответственно углами рассогласования связанных осей активного или пассивного корабля относительно линии визирования.

Технический результат достигается за счет того, что в предложенном способе отсутствуют дополнительные включения ИО из-за взаимосвязи каналов управления, вызываемой геометрией размещения чувствительных элементов устройств измерения углов рассогласования на АК и ПК. В процессе причаливания АК вокруг центра масс стабилизируется относительно той же системы координат, что и ПК, поэтому их связанные системы координат параллельны в пространстве и движения АК вокруг центра масс существенно в меньшей степени возмущают процесс, так как сигналы, по которым производится управление ориентацией, не зависят от углового положения АК относительно линии визирования.

Управление движением центра масс АК в направлении, перпендикулярном линии визирования, осуществляют по угловому положению линии визирования, вычисленному как разность между углами рассогласования связанных осей АК относительно заданной системы координат и углами рассогласования связанных осей АК относительно линии визирования. Это обеспечивает линейное совмещение продольной оси АК с осью стыковочного механизма ПК, которое наступает при угле рассогласования, равном нулю. Такое же совмещение осей стыковочного механизма может быть выполнено и при управлении движением центра масс АК по угловому положению линии визирования, вычисленному как разность между углами рассогласования связанных осей ПК относительно заданной системы координат и углами рассогласования связанных осей ПК относительно линии визирования.

Предлагаемый способ обеспечивает независимость каналов управления, повышается устойчивость к ошибкам измерений.

Предлагаемый способ управления обеспечивает проведение визуальных измерений параметров бокового относительного движения на фоне протекающего автоматического процесса для его контроля, что повысит безопасность стыковки.

Предлагаемый способ управления может быть реализован системой управления, состоящей из измерителя параметров относительного движения, определяющего дальность в направлении линии визирования, скорость причаливания и углы рассогласования АК или ПК относительно линии визирования, который используется на транспортных кораблях "Союз ТМ" и "Прогресс М", устройства управления ориентацией, с помощью которого на транспортных кораблях и станции "Мир" строится и поддерживается инерциальная или орбитальная система координат, а также устройства управления движением, с помощью которого осуществляется управление движением центра масс.

В момент перехода к причаливанию АК ориентируют относительно той же системы координат (инерциальной или орбитальной), относительно которой ориентирован ПК. Для этого АК разворачивают вокруг центра масс. По окончании разворота связанные оси АК будут параллельны связанным осям ПК и в процессе причаливания такое положение поддерживается устройством управления ориентацией. Управление движением центра масс АК вдоль линии визирования выполняется устройством управления движением таким образом, чтобы скорость причаливания уменьшилась пропорционально дальности, а управление движением в направлении, перпендикулярном линии визирования, выполняется таким образом, чтобы углы рассогласованния связаннных осей АК относительно линии визирования уменьшились до нуля. Необходимую для управления угловую скорость линии визирования получают вычитанием из угловой скорости АК вокруг выбранной системы координат угловой скорости рассогласования АК относительно линии визирования, получаемой дифференцированием угла рассогласования АК относительно линии визирования. При использовании в управлении угла рассогласования ПК относительно линии визирования вычитание допустимо не производить и использовать для управления вычисленную угловую скорость рассогласования относительно линии визирования. Вычисление угловой скорости рассогласования можно выполнять включением интегратора в обратную связь усилителя. Причем при дифференцировании допустимо вводить постоянную времени, равную 1 - 3 секундам.

Формула изобретения

Способ автоматического управления причаливанием, включающий определение углов рассогласования связанных осей активного и пассивного корабля относительно линии визирования, регулирования скорости причаливания активного корабля вдоль линии визирования в зависимости от дальности, ориентацию и управление движением центра масс активного корабля в направлении, перпендикулярном линии визирования, ориентацию пассивного корабля относительно заданной системы координат, отличающийся тем, что ориентацию связанных осей активного корабля производят той же заданной системы координат, относительно которой ориентируют связанные оси пассивного корабля, а управление движением центра масс активного корабля в направлении, перпендикулярном линии визирования, производят по угловому положению линии визирования относительно заданной системы координат, которое определяют как разность между углами рассогласования связанных осей активного или пассивного корабля относительно заданной системы координат и соответственно углами рассогласования связанных осей активного или пассивного корабля относительно линии визирования.