УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ПУСКА РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ "СОЮЗ-2" ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МЕТЕОЗОНДИРОВАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК B64G1/00 G01W1/02 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, в частности к бортовым устройствам оценивания возможности пуска ракеты космического назначения (РКН) «Союз-2» по результатам метеозондирования.

Актуальность данного изобретения определяется необходимостью оперативного и независимого принятия решения о пуске ракетоносителя, используя фактические параметры атмосферы, определенные в результате зондирования непосредственно перед пуском РКН.

Предпосылки создания изобретения:

Рассмотрение подходов к решению задачи определения возможности пуска РКН по фактическим параметрам атмосферы следует начать с уже используемых в ракетной технике устройств, альтернативных использованию устройствам для определения возможности пуска с учетом параметров атмосферы.

В настоящее время известно внешнее устройство, основанное на создании аналога системы управления (СУ) РКН, расположенное непосредственно на предприятии-изготовителе СУ РКН «Союз-2» в г. Екатеринбург. Фактические параметры атмосферы передаются туда, вводятся в качестве исходных данных в аналог СУ, рассчитываются параметры траектории выведения и сравниваются с допусками. По результатам этого сравнения делается вывод о возможности проведения пуска РКН. Этот подход имеет ряд недостатков, а именно: удаленность устройства, требующая устойчивых и безотказных каналов связи; зависимость от работоспособности предприятия-изготовителя; длительность принятия решения о пуске; наличие аналога дорогостоящей СУ.

В предлагаемом устройстве за счет небольшой доработки СУ РКН непосредственно на стартовом комплексе за минимально короткое время до пуска, используя данные метеозондирования, происходит расчет параметров траектории выведения, сравнение их с допусками и выдача результата о возможности проведения пуска.

Данные метеозондирования определяются представителем метеорологического отдела непосредственно перед пуском по форме: скорость ветра в метрах в секунду и азимут ветра в градусах в зависимости от высоты в диапазоне от 0 км до 20 км с шагом 1 км. Точность представления - целые числа.

Для оценки допустимости ветровых воздействий на РН при запуске вычисляются модули разностей проекций на оси 0Y1 и 0Z1 связанной системы координат фактических скоростей ветра по данным зондирования атмосферы и скоростей ветра, учитываемых при расчете бортового полетного задания. Вычисляются также соответствующие градиенты этих разностей.

Данные о систематических скоростях ветра, учитываемых при расчете бортового полетного задания, содержатся в запоминающем устройстве и представляют собой значения математических ожиданий скорости зонального скорости меридионального ветра в районе космодрома в соответствии с ОСТ 92-9704-95, и ограничений на величины разностей проекций фактических и учтенных при расчете бортового полетного задания скоростей ветра и градиентов изменения этих разностей по высоте.

Модули разностей между проекциями на поперечные оси РКН фактической скорости ветра и скорости ветра, учтенной при расчете бортового полетного задания, не должны превышать значений ограничений на величины разностей проекций фактических и учтенных при расчете бортового полетного задания скоростей ветра и градиентов изменения этих разностей по высоте, хранящихся в запоминающем устройстве.

Для толщины слоев 1 км модули градиентов изменения по высоте разностей проекций скоростей не должны превышать значений градиентов изменения разностей проекций фактических и учтенных при расчете бортового полетного задания скоростей ветра.

Разности проекций на поперечные оси РКН скоростей фактического ветра и ветра, учтенного при расчете бортового полетного задания, определяются по формулам

где - разности проекций на оси OY1 и OZ1 связанной

системы координат скоростей фактического ветра и ветра, учтенного при расчете бортового полетного задания;

W_B=W_B(Н) - скорость фактического ветра;

A_B=A_B(Н) - азимут направления, откуда дует фактический ветер, отсчитываемый по часовой стрелке от направления на Север;

- скорость систематического зонального ветра, направленного с Запада на Восток, учитываемого при расчете бортового полетного задания;

- скорость систематического меридионального ветра, направленного с Юга на Север, учитываемого при расчете бортового полетного задания;

А_П - азимут пуска, отсчитываемый по часовой стрелке от направления на Север;

Н - высота;

ϕ=ϕ(Н) - программный угол тангажа;

ψ=ψ(Н) - программный угол рыскания.

В формулах определяются разности проекций скорости на «программные» связанные оси РКН. Устраняемый к 22 секунде полета начальный разворот РКН по крену, обусловленный отличием азимута плоскости I РН в момент старта от азимута пуска, и соответствующие распределения управляющих воздействий учитываются СУ РН.

Расчеты по формулам проводятся для узловых точек H_i, указываемых в метеосводке по результатам зондирования атмосферы.

Для точек Hi значения определяются линейной интерполяцией.

Величины ϕ(Н) и ψ(Н) принимаются в соответствии с расчетной программной траекторией полета.

Значения углов задаются с точностью до 0,1°, высот - 0,1 км, скоростей - 0,1 м/с. Модули величин сравниваются с соответствующими ограничениями по разности скоростей, хранящимися в запоминающем устройстве, которые также приводятся к узловым точкам Hi линейной интерполяцией.

Градиенты по высоте (GR(H_i)) разности проекции скоростей на поперечные оси OY1 и OZ1 рассчитываются по формуле

соответственно по осям OY1 и OZ1.

Для Н=0 градиенты не определяются.

Модули полученных градиентов сравниваются с соответствующими ограничениями по градиентам, хранящимися в ЗУ, которые приводятся к узловым точкам линейной интерполяцией.

При выведении РКН в составе некоторых РКК могут предъявляться требования к характеристикам ветра по обобщенному критерию K_у, определяемому выражением

ΔН=H_i-H_i-1,

где, M_w, M_gr - масштабирующие делители по скорости и градиенту.

Проверка проводится для осей OY1 и OZ1.

Требования к оценке допустимости ветра по обобщенному критерию на конкретные РКК, диапазоны высот контроля по обобщенному критерию Kу и значения масштабирующих делителей M_w, M_gr хранятся в ЗУ и выбираются в зависимости от РКК.

В случае положительного результата проверки расчета ветрового поля и его соответствия всем критериям допустимости, устройство выдает положительную индикацию о возможности проведения пуска с учетом фактических данных метеозондирования.

При невыполнении условий допустимости характеристик ветра, происходит расчет бортового полетного задания, заключающийся в построении программной траектории выведения и анализ результатов расчета с количественными требованиями, предъявляемыми к расчету бортового ПЗ.

По результатам расчета, если эти контролируемые требования находятся в пределах контролируемых допусков, то устройство выдает положительную индикацию о возможности проведения пуска с учетом фактических данных метеозондирования. Если же данные требования выходят за пределы допусков, то устройство выдает отрицательную индикацию о возможности проведения пуска.

Такой подход по своим точностным характеристикам соответствует штатному определению допустимого ветрового поля, но значительно превышает его по скорости принятия решения о возможности осуществления пуска и исключает зависимость от сторонних организаций.

Финансовые затраты на производство устройства незначительны. Задачей изобретения является разработка устройства для оценивания возможности пуска ракеты космического назначения «Союз-2» по результатам метеозондирования.

Заявлено устройство для оценивания возможности пуска ракеты космического назначения «Союз-2» по результатам метеозондирования (блок 1), снабженное блоком приема информации (БПИ) (блок 2), выходы которого подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ) (блок 3), выходы которого соединены с блоком построения программной траектории выведения и анализа результатов расчета (блок 4), выходы которого соединены с блоком индикации о возможности проведения пуска (блок 5), представлено на фиг. 1.

В качестве арифметико-логического устройства (АЛУ) может выступать цифровой сигнальный процессор. В качестве блока приема информации (БПИ) может использоваться постоянное запоминающее устройство объемом до 4 Гб. В качестве блока построения программной траектории выведения и анализа результатов расчета может использоваться как штатная БЦВМ, установленная на борту РКН, так и отдельный независимый цифровой вычислительный комплекс. В качестве блока индикации о возможности проведения пуска может выступать любое световое и звуковое сигнализирующее устройство.

Техническим результатом изобретения является возможность оперативно принимать решение о пуске ракетоносителя, основываясь на фактических параметрах атмосферы, определенных в результате метеозондирования непосредственно перед пуском РКН, независимо от сторонних организаций, с условием минимальной доработки СУ РН и, как следствие, сокращения временных затрат на расчет допустимых ветровых характеристик и повышения возможности успешного выполнения задач РКН.

Требуемый технический результат достигается тем, что в едином устройстве совмещается получение фактических данных метеозондирования, с последующим расчетом допустимых ветровых характеристик и возможностью независимого анализа контролируемых параметров траектории, выполнение основной задачи пуска и выдача индикации о готовности РН к проведению пуска.

Таким образом, положительный эффект установки данного устройства заключается в:

- сокращении временных затрат на расчет допустимых ветровых характеристик;

- независимости расчета от сторонних организаций;

- в невысокой стоимости предлагаемого изобретения;

- в оперативности принятия решения о возможности пуска при переносах пуска на резервную дату старта, при задержках старта.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. ОСТ 92-9704-95. Математические ожидания скорости зонального ветра.

2. Под ред. В.И. Варфоломеева и М.И. Копытова. Проектирование и испытания баллистических ракет/ - М.: Оборонгиз, 1970. - 392 с., ил.

3. Н.И. Паничкин, Ю.В. Слекушкин, В.П. Шинкин, Н.А. Яцинин. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов: Учебник для средних учебных заведений / - М.: Машиностроение, 1986. - 344 с., ил.

4. Пенцак И.П. Теория полета и конструкция баллистических ракет: Учебное пособие для техникумов. - М.: Машиностроение, 1974. - 344 с., ил.

Изобретение относится к ракетной технике. Устройство для оценивания возможности пуска ракеты космического назначения «Союз-2» по результатам метеозондирования содержит блок построения программной траектории выведения и анализа результатов расчета, выходы которого соединены с блоком индикации о возможности проведения пуска. Также устройство содержит блок приема информации для приема данных метеозондирования и арифметико-логическое устройство, входы которого подключены к выходам блока приема информации. Сокращается время расчета ветровых характеристик. 1 ил.

Устройство для оценивания возможности пуска ракеты космического назначения «Союз-2» по результатам метеозондирования, снабженное блоком построения программной траектории выведения и анализа результатов расчета (БППТВАРР), выходы которого соединены с блоком индикации о возможности проведения пуска, отличающееся от известных тем, что содержит блок приема информации (БПИ) для приема данных метеозондирования и арифметико-логическое устройство (АЛУ), входы которого подключены к выходам БПИ, которые в совокупности обеспечивают фактическими метеоданными блок БППТВАРР, по результатам расчета которого принимается оперативное решение о возможности проведения пуска.