СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К КОЛЛОКАЦИИ НА ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ ОРБИТЕ Российский патент 2023 года по МПК B64G1/10 

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при организации коллокации на геостационарной орбите (ГСО). Решение такой технической задачи является работой, отвечающей техническим требованиям к КА.

Технической проблемой при эксплуатации КА ГСО является обеспечение нахождения этого КА в узком диапазоне долгот в состоянии коллокации со смежными (сторонними) КА (СКА) сразу после приведения или перевода КА в рабочую область удержания (ОУ) центра масс КА по долготе и широте. На этапах приведения (перевода) никогда не решались задачи коллокации – совместного сосуществования нескольких геостационарных КА в единой рабочей ОУ. Считается, что все контролируемые параметры – отклонения долготы, периода обращения, эксцентриситета и наклонения от номинала при приведении (переводе) в узкую ОУ при заданной орбитальной позиции, должны быть минимальными. Но это не вопросы коллокации – это вопросы удержания КА на заданной орбитальной позиции. Когда КА уже вошел в ОУ, отсутствие коллокации в связи с работами по ее организации (согласование взаимной коллокации, траекторные измерения, расчеты и реализация планов начальных коррекций орбиты КА в обеспечение коллективной или автономной коллокации) могут привести к опасным сближениям с СКА. В настоящее время коллокация на ГСО являются частью баллистического обеспечения (БО) полета КА. Разделы рабочих документов по БО, содержащие процедуры удержания по долготе и наклонению в режиме коллокации, как правило содержат фразы: «КА должен обеспечивать возможность коллокации…»; «При коллокации используется стратегия…». При этом нет понимания в вопросах регламента и безопасности организации самой коллокации.

По родовому понятию аналогов способа подготовки к коллокации не выявлено.

Технической проблемой изобретения является создание способа подготовки к коллокации на ГСО, гарантирующего коллокацию с СКА сразу после постановки КА в заданную ОУ.

Указанная техническая проблема решается за счет того, что при подготовке к коллокации на ГСО перед приведением (если имеется довыведение, то приведение – заключительный этап довыведения) и перед переводом или во время приведения (перевода), достаточном для осуществления данного способа, на удалении от заданной орбитальной позиции находят область удержания по долготе (ОУД), свободную от каких-либо космических аппаратов (КА); выявляют и идентифицируют сторонние КА (СКА) на заданной орбитальной позиции с требуемой рабочей областью удержания (ОУ) по долготе и широте; определяют рабочие ОУ СКА и стратегии маневрирования СКА внутри своих ОУ, выбирают из способов коллокации (согласованные схемы; автономные режимы) способ, подходящий наилучшим образом к обстановке в общей для всех КА рабочей ОУ, гашением скорости долготного дрейфа приводят КА в ОУД; в границах ОУД проводят совмещенные согласующие коррекции по всему спектру контролируемых параметров (вектор наклонения, вектор эксцентриситета орбиты) так, чтобы при заходе в рабочую ОУ по долготе и широте КА уже являлся участником коллокации на заданной орбитальной позиции; рассчитывают и реализуют план коррекций микроперевода (захода) КА в рабочую ОУ заданной орбитальной позиции.

Идея предлагаемого изобретения состоит в исключении возможности опасного сближения КА с СКА в промежутке между окончанием этапа приведения (перевода) и началом штатного функционирования КА в рабочей ОУ.

Изобретение направлено на технический результат – создание и консервацию в рамках сторонней ОУД условий коллокации при дальнейшем удержании КА в рабочей ОУ по долготе и широте.

Под ГСО будем понимать околостационарную орбиту, с эксцентриситетом не более 0,0005.

Технический результат достигается за счет того, что можно найти свободную ОУ по долготе рядом с точкой стояния, привести туда КА, погасив скорость дрейфа по долготе, серией коррекций наклонения и эксцентриситета орбиты КА добиться того, чтобы (как вариант согласованной коллокации) концы векторов наклонения и эксцентриситета находились в требуемых согласно текущей ситуации по коллокации с СКА круговых областях, центрами которых являются точки прицеливания для указанных векторов, после чего без проблем зайти в область заданной орбитальной позиции и начать очередной этап удержания КА.

При приближении КА к заданной орбитальной позиции надо решить один из двух вопросов:

1.  Вопрос координации работ с другими центрами управления по совместной коллокации.

2. Вопрос автономной коллокации (самоколлокации).

Так или иначе, следует организовать приведение (перевод) векторов наклонения и эксцентриситета в должное состояние. Заниматься этим центру управления приводимого (переводимого) КА следует заранее. При такой постановке задачи не меняем достигнутых в сторонней ОУД значений параметров коллокации вплоть до прихода в ОУ по долготе и в начале этапа удержания КА на заданной орбитальной позиции.

Вектор эксцентриситета представляет собой {e_x, e_y}, где

где Ω, ω – соответственно долгота восходящего узла и аргумент перигея орбиты.

Вектор наклонения представляет собой {i_x, i_y}, где

Полные дифференциалы функций:

Заменяя знаки дифференциала приращениями (Δ), а приращения представляя известными уравнениями влияний малого импульса скорости на элементы эллиптической орбиты (В.А. Одинцов, В.М. Анучин, Маневрирование в космосе, М.: Воениздат, 1974 г., стр. 52), будем иметь:

где индекс «₁» относится к случаю, когда подготовку к коллокации проводят в ОУД - до постановки КА в ОУ по долготе и широте;

ΔV_τ, ΔV_b – соответственно приращения тангенциальной и боковой скорости, м/с;

U – аргумент широты КА.

В уравнениях (9) – (12) содержимое в скобках – значения постоянные, представляющие положение орбиты в пространстве, ее форму, однажды выданные импульсы скорости по боку (dV_b) и вдоль орбиты (ΔV_τ) и положение активных участков орбиты. Единственной переменной становится орбитальная скорость (текущая большая полуось орбиты). Но и она – величина постоянная, поскольку сторонняя ОУД и рабочая ОУ по долготе находятся строго на высоте номинальной ГСО. Тогда уравнения (9) – (12) в относительной форме будут следующими:

где индекс «₂» относится к случаю, если бы подготовку к коллокации проводить после постановки КА в ОУ по долготе и широте. Соотношение (23) представляет погрешность консервации исполненных операций по подготовке к коллокации в ОУ. Это говорит о том, что предлагаемый способ приведения и перевода геостационарного КА не имеет методической погрешности, во всяком случае, обладает высоким качеством реализации на околостационарных орбитах.

Реализация предлагаемого способа предполагает выполнение следующей последовательности операций:

1. На минимально возможном удалении от заданной орбитальной позиции находят стороннюю ОУД, свободную от КА.

Операцию проводят на любых этапах полета КА, примыкающих к этапу удержания – приведение, перевод на заданную орбитальную позицию, и предшествующих этому этапу. В случае довыведения по эксцентриситету приведением следует считать заключительный подэтап довыведения.

2. Идентифицируют СКА в рабочей ОУ. 

В принципе, узнать какой, где и чей КА на ГСО можно: существует единая база данных системы контроля космического пространства (СККП) РФ.

3. По независимым измерениям СККП орбит определяют рабочие ОУ СКА и стратегии маневрирования СКА внутри своих ОУ.

4. Выбирают оптимальный способ коллокации КА и СКА в рабочей ОУ.

Существуют способы коллективной (согласованной) и автономной коллокации при общем количестве КА в рабочей ОУ меньше трех. Если общее количество КА в рабочей ОУ больше трех и решение находиться своим КА именно в этой ОУ неизменно, в качестве основного средства коллокации выбирают коррекции уклонения, что есть непрерывный контроль и прогнозирование межспутниковых расстояний, расчет и исполнение коррекций орбиты. КА приводят в ОУ, проводят ИТНП и начинают этап удержания КА в ОУ по долготе и широте.

5. Приводят КА в выбранную ОУД.

На заключительном подэтапе приведения (перевода) окончательно гасят скорость долготного дрейфа КА в выбранной ОУД.

6. ИТНП.

7. Уточнение ускорений от работы двигателей системы коррекции.

8. Расчет плана коллокации по наклонению и эксцентриситету.

9. Реализация плана коллокации включением двигателей системы коррекции.

Далее пункты 6 – 9 повторяются, пока не подойдет к концу подготовка к коллокации в рабочей ОУ.

8. ИТНП (п. 6).

9. Уточнение ускорений от работы двигателей системы коррекции (п. 7).

10. Расчет плана микроперевода КА из ОУД в рабочую ОУ по долготе и широте.

11. Реализация плана микроперевода.

Далее пункты 8 – 11 повторяются, пока не подойдет к концу микроперевод.

12. ИТНП.

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при организации коллокации на геостационарной орбите (ГСО). Для подготовки к совместному существованию космических аппаратов (КА) на ГСО выявляют наличие смежных КА в рабочей области удержания (ОУ) и стратегии их маневрирования; выбирают способ коллокации КА и СКА; на минимальном удалении от заданной орбитальной позиции находят ОУ по долготе, свободную от каких-либо КА; приводят в нее КА; в границах этой области проводят совмещенные согласующие коррекции по всему спектру контролируемых параметров так, чтобы при заходе в рабочую ОУ по долготе и широте КА уже являлся участником коллокации на заданной орбитальной позиции; рассчитывают и реализуют план коррекций перевода КА в рабочую ОУ заданной орбитальной позиции.

Способ подготовки к коллокации на геостационарной орбите, отличающийся тем, что перед приведением, если имеется довыведение, то приведение – заключительный этап довыведения, и перед переводом или во время приведения или перевода, достаточного для осуществления данного способа, на удалении от заданной орбитальной позиции находят область удержания по долготе (ОУД), свободную от каких-либо космических аппаратов (КА); выявляют и идентифицируют сторонние КА (СКА) на заданной орбитальной позиции с требуемой рабочей областью удержания (ОУ) по долготе и широте; определяют рабочие ОУ СКА и стратегии маневрирования СКА внутри своих ОУ; выбирают из способов коллокации, а именно согласованные схемы или автономные режимы, способ, подходящий наилучшим образом к обстановке в общей для всех КА рабочей ОУ; гашением скорости долготного дрейфа приводят КА в ОУД; в границах ОУД проводят совмещенные согласующие коррекции по всему спектру контролируемых параметров, а именно вектор наклонения, вектор эксцентриситета орбиты, так, чтобы при заходе в рабочую ОУ по долготе и широте КА уже являлся участником коллокации на заданной орбитальной позиции; рассчитывают и реализуют план коррекций микроперевода или захода КА в рабочую ОУ заданной орбитальной позиции.