Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Здесь действует общий принцип механики космического полета: всегда выгоднее расходовать топливо вблизи от небесного тела, чем вдали от него х).
Управление при посадке должно осуществляться бортовой автономной системой, так как точность слежения за движением аппарата с Земли недостаточна и вдобавок сигналы с Земли будут запаздывать (радиосигнал от Земли до Луны и обратно идет 2,5 с). Лишь первый сигнал о начале маневров по спуску может даваться с Земли [3.9]. Тормозная двигательная установка не может включаться по сигналу программного временного устройства, находящегося на борту космического аппарата, так как ничтожная ошибка в величине начальной скорости отлета с Земли, равная, например, 0,3 м/с, приведет к ошибке во времени встречи с Луной на 100 с, и торможение начнется на нерасчетной высоте, поскольку аппарат за это время пролетит примерно 260 км [3.10].
В зависимости от возможностей системы управления посадка может быть грубой (или, как еще говорят, «жесткой» или «полужесткой»), когда скорость встречи аппарата с лунной поверхностью составляет десятки метров в секунду (скорость автомобиля, налетающего на препятствие^, и мягкой, когда прилунение происходит столь же плавно, как приземление парашютиста.
При грубой посадке скорость сближения космического аппарата с Луной гасится полностью на некоторой высоте над лунной поверхностью, после чего аппарат свободно падает. По неосуществленному американскому проекту (вариант программы «Рейнджер»), например, точное падение должно было начаться на высоте 350 м и привести к встрече с Луной со скоростью 40 м/с.
При мягкой посадке после полного или почти полного погашения скорости основным двигателем могут включаться вспомо-
х) Представим себе, например, что мы хотим запустить вертикально вверх ракетный аппарат с параболической скоростью (т. е 11,19 км/с у поверхности Земли), но мы недобрали скорость и сообщили ему 11,09 км/с. При этом, как мы знаем, аппарат достигнет орбиты Луны с нулевой скоростью. Если мы хотим теперь здесь, на расстоянии 384 400 км от Земли, заставить аппарат все же «достичь бесконечности», то должны уже добрать не 0,1 км/с, а 1,4 км/с (параболическая скорость на орбите Луны). \ § 7. посадка на луну 213
гательные малые («верньерные») ракетные двигатели. Они управляются в зависимости от показаний радиолокатора (данные о скорости) и радиовысотомера (данные о высоте) и должны удерживать скорость падения в узких пределах, а также не позволять аппарату опрокинуться [3.9, 3.10]. Верньерные двигатели могут работать непрерывно или в импульсном режиме [3.11]. Сравнительно слабый удар при посадке амортизируется с помощью специальных приспособлений.
Классическим примером мягкой посадки является первая в истории подобная посадка, осуществленная 3 февраля
1966 г. СОВеТСКОЙ аВТОМаТИЧРСКОИ лунной Рис- 76. Основные этапы полета станцией (АЛС) «Луна-9». Рассмотрим алс«луна-9^-старт зі™-основные этапы полета станции (рис. 76) жуточной орбиты, 3 — коррек-
[Q і і і ция, 4 — астроориентация, тор-
lo.llj. можение и мягкая посадка.
31 января 1966 г. станция «Луна-9» была выведена на промежуточную орбиту спутника Земли высотой 173 км в перигее и 224 км в апогее и наклонением 52°. Дата старта была приурочена к наступлению лунного утра в Океане Бурь — намеченном месте прилунения. Иными словами, посадка на Луну должна была быть совершена вблизи терминатора — границы света и тени на Луне, что обеспечивало контрастность фотографий лунных пейзажей (большая длина теней из-за низкого расположения Солнца на лунном небе) и благоприятный температурный режим станции после посадки.
При разгоне с орбиты станция получила скорость, обеспечивавшую достижение Луны через 3,5 сут. Благодаря этому в момент прилунения станция должна была быть наблюдаема с Земли высоко над горизонтом. Как видно из графика на рис. 69, траектория полета была близка к траекториям минимальной скорости. Скорость соударения с Луной, которую нужно было погасить при посадке, равнялась 2,6 км/с. Ее можно было бы уменьшить, уменьшив скорость схода с околоземной орбиты, но это привело бы к большей чувствительности траектории перелета к ошибкам и, как следствие, к возрастанию количества топлива для коррекции, от чего полезная нагрузка станции только бы уменьшилась.
После выхода на траекторию полета к Луне станция «Луна-9» (рис. 77) отделилась от разгонного блока. Ее масса составляла 1583 кг. Станции было придано вращение вокруг оси, перпендикулярной к направлению на Солнце. Это обеспечило постоянный температурный режим станции.
Обработка траекторных измерений показала, что станция должна пройти на расстоянии примерно 10 ООО км от центра Луны. Понадобилась коррекция траектории, которая была проведена 1 февраля в 22 ч 29 мин на расстоянии 190 000 км от Луны. Перед Г94
ГЛ. 8. ДОСТИЖЕНИЕ ЛУНЫ
коррекцией система ориентации остановила вращение станции и, используя в качестве опорных светил Солнце, Землю и Луну, разверя нула станцию в положение, при котором ось бортового двигател-приняла заданное направление. Корректирующий импульс равнялся 71,2 м/с. Одновременно с запуском двигателя была включена система стабилизации, удерживавшая станцию в заданном положении, пока действовала тяга двигателя. Корректирующий двигатель работал с весьма высокой точностью (при ошибке в величине приращения скорости на 0,1 м/с или в направлении на Г место встречи с Луной отклонилось бы на 10—15 км).
