Как регулируется отсечка ракетного двигателя?

Что вызывает отключение ракетных двигателей ступени выведения на орбиту при типичном запуске современного спутника?

Я могу думать о трех основных возможностях:

  1. Вычислите, сколько топлива вам нужно для траектории, загрузите ровно столько и сожгите все топливо.
  2. Принесите немного дополнительного топлива и отключите двигатели в определенное время.
  3. Возьмите с собой немного дополнительного топлива и выключите двигатели, когда телеметрия покажет, что вы находитесь на нужной высоте и скорости.

Первые два кажутся восприимчивыми к небольшим изменениям атмосферных условий, работы двигателя и так далее.

Исторический пример: вторая ступень Аполлона-13. Центральный двигатель отключился раньше времени из-за колебаний pogo, когда давление топлива упало ниже порога отключения, который должен был обеспечить чистую остановку двигателя, когда на ступени закончилось топливо (что само по себе подразумевает, что вариант 1 немного неопределенный). ; не все топливо сгорит).

Чтобы компенсировать это, они просто продлили второй этап. Было ли это естественным результатом расхода всего оставшегося топлива через четыре двигателя вместо 5 (подразумевается вариант 1), или они должны были явно указать более позднее время отсечки (подразумевается вариант 2), или компенсация была полностью автоматической (вариант 3) ?

Обратите внимание, что я спрашиваю о начальном этапе запуска и вывода на орбиту, а не о точной настройке орбиты и/или сближении с целью посредством нескольких последовательных прожиганий.

Ответы (1)

Вариант №1 отпадает. Вы всегда приносите больше топлива, чем, по вашему мнению, вам нужно. Тогда вы приносите еще немного больше. SpaceX только что показала нам, что происходит, если этого не делать.

Вариант № 2 все еще используется в некоторой степени. Первоначально в ракетах использовалось синхронизированное горение, но улучшенные датчики и бортовые компьютеры привели к лучшему способу. Россия до сих пор использует запрограммированные ожоги на раннем этапе. Он использует другие подходы, когда необходим более точный контроль. США любят более экстравагантные подходы во всем. Это дороже, но точнее.

Вариант №3 используется частично, на некоторых этапах полета. Есть проблема: это невозможно сделать, как указано в вопросе. Если ракета достигнет желаемой высоты, она не будет иметь желаемой скорости, а если она достигнет желаемой скорости, она не будет на желаемой высоте. Вместо этого происходит то, что по пути транспортное средство корректирует свою траекторию, чтобы приблизиться к нужной скорости, когда транспортное средство достигнет желаемой высоты. Затем он выключается, когда думает, что достиг заданной высоты.

Связанный вариант состоит в том, чтобы рассчитать дельту v, необходимую для перехода с текущей орбиты на желаемую орбиту, и остановить тягу, когда измеренная накопленная дельта v достигнет желаемого значения.

Есть еще одна проблема: транспортное средство находится не там, где оно думает, и не движется с той скоростью, о которой думает. Воспринятая накопленная дельта v также ошибочна. Это приводит к необходимости дополнительных опций.

Вариант № 4: Внесите исправления по ходу дела. Ожоги, как правило, короткие, когда корабль находится на орбите. Транспортное средство только толкает все время во время запуска. После этого космические аппараты используют стратегию горения-побережья-горения. Это дает транспортному средству время, чтобы понять, что запись, которая начала передачу, была не совсем правильной. Корректирующие ожоги возвращают транспортное средство на траекторию, которая более или менее приведет его в нужное место, с желаемой скоростью и в нужное время.

Вариант № 5: Не делайте все сразу. От старта до целевой орбиты никто не уходит. Все подкрадываются к цели. Прямой полет с земли на Международную космическую станцию ​​займет около десяти минут. Автоматическому транспортному средству иногда требуется много дней, чтобы добраться от земли до Международной космической станции. Даже ускоренный запуск «Союза» занимает шесть часов.

Ре. # 3, это кажется мне немного нелогичным; Я чувствую, что вы можете получить любую пару (высота, скорость, орбитальная фаза) с управлением ориентацией во время горения (но моя интуиция, вероятно, ошибочна). Ре. # 4 и # 5, я отредактирую свой вопрос, чтобы было ясно, что я спрашиваю о начальном этапе запуска и вывода на орбиту. Я специально не спрашиваю ни про доводку орбиты с раздельными прогонами, ни про орбиты сближения.
Транспортное средство выполняет корректировку с обратной связью на всем пути вверх (или на всем пути с момента завершения первой ступени, что часто все еще является наведением с разомкнутой петлей). К тому времени, когда достигается триггер, прекращающий тягу, аппарат близок к тому, чтобы оказаться в желаемой точке желаемой орбиты. Powered Explicit Guidance, используемая на Shuttle, использовала VGO (скорость движения) в качестве триггера. Во многих схемах управления всплытием до сих пор используются варианты PEG.
Ваш ответ подразумевает, что отсечка порога скорости осуществляется с помощью бортовой комплексной оценки скорости транспортного средства; скорость определяется по земле менее точно, или есть другая причина?
Это не просто численное интегрирование выходных данных акселерометра. (На самом деле этого не может быть, потому что транспортное средство вращается во время подъема.) Навигационная система определяет состояние транспортного средства с помощью фильтра Калмана, который получает ряд входных данных, таких как навигационные датчики и GPS. Шум и погрешности в навигационных датчиках проявляются как несоответствие между интегрированным положением и положением GPS. Эта вычисленная ошибка положения сильно коррелирует с ошибкой скорости состояния, что означает, что скорость получает обновление Калмана вместе с положением.
Что касается использования наземной телеметрии, это добавляет несколько точек отказа и, следовательно, значительный риск для безопасности. Безопасность диктует, что лучше, если активные режимы полета будут более или менее автономными. Земля отслеживает проблемы и время от времени отправляет команды космическому кораблю. Но непрерывная передача данных в режиме реального времени, необходимая для правильной работы космического корабля, — это плохая идея.
Как регулируется отсечка ракетного двигателя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v