Компоновочная схема и устойчивость СА

Устойчивость - важнейшее свойство, которым должен обладать СА во время всех эволюций при посадке на планету. Проблема обеспечения устойчивости, как известно, общая проблема для всех движущихся объектов, в каждом конкретном случае решаемая, однако, по-разному. И в данном случае, применительно к СА, она также имеет свою специфику. Дело в том, что жидкое топливо, питающее ракетный двигатель во время его работы, колеблется (в силу наличия случайных возмущений). Воздействуя на корпус СА, эти колебания порождают колебания СА в целом. Чувствительные элементы(гироскопы) реагируют на колебания корпуса и включают, в свою очередь соответствующие исполнительные органы (рули), тем самым формируя замкнутую колебательную систему спускаемый аппарат - автомат стабилизации (СА - АС).

При определенных условиях, в значительной степени зависящих от "совершенства" компоновки СА, могут возникнуть нарастающие колебания корпуса СА, приводящие в конечном счете к его разрушению. Характерным здесь является то, что корни неустойчивости лежат именно в особенностях компоновочной схемы СА, что влечет за собой необходимость самого тщательного исследования этих особенностей. Использование жидкостного ракетного двигателя для обеспечения мягкой посадки СА порождает, как видно, ряд проблем, связанных с обеспечением его устойчивости. Займемся одной из них, а именно - исследованием роли конструктивных параметров компоновочной схемы СА в формировании динамических свойств СА как управляемой системы. Управление СА относительно центра масс в плоскостях тангажа и рыскания осуществляется специальным автоматом стабилизации путем создания управляющих моментов при целенаправленном включении управляющих двигателей. Возможны и другие схемы управления, например, путем перераспределения тяг управляющих двигателей или отклонения маршевого двигателя (газового руля). Что касается топливных баков, то они обычно выполняются в виде тонкостенных оболочек различной геометрической конфигурации (обычно осесимметричной) и размещены внутри СА.

Какими параметрами желательно характеризовать ту или иную компоновочную схему с тем, чтобы формализовать дальнейший анализ? С точки зрения динамики представляют интерес те, которые в первую очередь характеризуют: форму и расположение топливных баков; положение центра масс СА; положение и тип управляющих органов; соотношение плотностей компонентов топлива; "удлинение" (т.е. отношение высоты к диаметру) СА. Будем предполагать, что траектория посадки СА выбрана (и является оптимальной в том или ином смысле). Есть также (или формируется в процессе полета) программа работы маршевого двигателя. Все это однозначно определяет упомянутые выше параметры компоновочной схемы СА в каждый момент времени активного участка. Этих предположений достаточно для формализации обсуждаемой проблемы - исследования влияния особенностей компоновки СА на его устойчивость. Однако задача стабилизации СА при посадке на планеты, лишенные атмосферы, включающая в себя анализ динамики объекта, исследование причины неустойчивости и методов ее устранения, не допускает полной формализации и требует привлечения диалоговой технологии исследования. Для построения такой технологии необходимо начать с анализа основных факторов, определяющих в конечном счете структуру диалога "человек - ЭВМ", а именно: особенностей СА как механической системы; особенностей его математических моделей; своеобразия методов исследования этих моделей. Спускаемый аппарат как механическая система представляет собой тонкостенную (частично ферменную) конструкцию, снабженную тормозным устройством - жидкостным ракетным двигателем - и необходимой системой стабилизации. Важной особенностью компоновочной схемы СА является наличие в конструкции топливных отсеков (с горючим и окислителем) различной геометрической конфигурации.