Т.М. ЗАЙЦЕВА Научный руководитель – А.П. ЕЛОХИН , д.т.н., профессор

УДК 681.5(06) Автоматика
Т.М. ЗАЙЦЕВА
Научный руководитель – А.П. ЕЛОХИН1, д.т.н., профессор
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1НТЦ по ядерной и радиационной безопасности, Москва
РАЗРАБОТКА КУРСА КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ
В МЕЖЗВЕЗДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
В работе рассматривается разработка проекта курса космического корабля
(КК) (в рамках гипотетического перелета) в межзвездном пространстве (плоская
проекция), перемещающегося из исходной точки А в точку назначения В.
Основная задача состоит в том, чтобы выбор курса сопровождался
экономией горючего, основная масса которого используется в процессе
разгона, при выходе из начальной точки, и при торможении космического
корабля, достигшего конечного пункта. В связи с этим, при решении задачи для характерного изменения траектории используется метод рассеяния материальной точки массой m (космического корабля) на гравитационных центрах (звездах) с различной массой Mi [1], осуществляя, таким
образом, экономию горючего.
Решение системы дифференциальных уравнений, описывающих этот
процесс, осуществлялось в системе MATLAB методом Рунге-Кутта [2,3].
Полученные результаты позволяют предложить следующий метод
расчета оптимальной траектории движения КК в космическом пространстве при перелете из начальной точки в заданную область. При заданных
массах и координатах гравитационных центров рассеяния траекторию КК
представляют в виде прямых отрезков, преломляющихся на гравитационных центрах. На центре с заданной массой проводят расчет изменения
прямолинейной траектории, определяя точку входа в область изменения
траектории и начальную скорость таким образом, чтобы противоположная (параболическая или гиперболическая) ветвь траектории ложилась на
прямолинейную часть траектории после центра рассеяния. Если параметры подобраны, то следует переходить к следующему центру рассеяния,
проделывая аналогичную процедуру. При этом следует обратить внимание, что после подбора начальной скорости, удовлетворяющей нашим
критериям, на прямолинейной части траектории скорость корабля “подгоняют“ под найденную, увеличивая (разгоняя) или уменьшая (притормаживая КК) первоначальную скорость, с которой КК двигался на прямолинейном участке траектории. Очевидно, что и координату входа в область
искривления траектории следует подбирать столь же тщательно, как и
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 17
22
УДК 681.5(06) Автоматика
саму скорость, т.е. подбор этих параметров и обеспечит траекторию
наиболее оптимальную с точки зрения затрат горючего. В противном случае КК может быть “выброшен” в такую удаленную область, выбраться из
которой на заданную траекторию без существенных затрат горючего (если оно осталось) будет достаточно трудно, если невозможно. Таким образом, экономия горючего является одним из важнейших требований при
проведении космических перелетов, поскольку в противном случае возможен либо захват гравитационным центром КК на стационарную орбиту
спутника без возможности ее покинуть, либо падение на центр.
Также, следует учитывать, что при рассеянии корабля с малым прицельным параметром корабль попадает в зону корпускулярного излучения звезды, что может привести к переоблучению экипажа [4]. Учет этого
эффекта также приводит к необходимости пересмотра траектории КК,
что, в общем, усложняет решение задачи.
Рассматриваемая задача, выполняемая в рамках курсового проекта,
предназначается в качестве учебного пособия по лабораторной работе по
курсу САПР – системы автоматизированного проектирования. Поэтому
студентам при работе с программой и ознакомлением с задачей в целом в
той или иной степени будет легче осваивать как основные принципы построения САПР, так и различные его компоненты, поскольку уже в своей
постановке задача предусматривает использование ЭВМ, а определенная
новизна задачи только повысит интерес к ее решению. Что же касается
“реальности” задачи, то реализация теоретических разработок по использованию энергии вакуума или термоядерной энергии, используемых в
качестве топлива в двигателях космического корабля, в недалеком будущем и позволит осуществить такие перелеты. Другой проблемой, очевидно, является длительность полета. Сможет ли экипаж, покинувший исходную точку в приемлемом возрасте, достигнуть области назначения? Ответ
на этот вопрос лежит в области использования криогенной техники и анализа условий затормаживания функций жизнедеятельности живого, в том
числе и человеческого, организма в условиях низких температур. В любом случае, если интересы и жизненные потребности цивилизации Земли
в вопросе освоения космического пространства будут актуальны, то эти
вопросы рано или поздно будут решены.
Список литературы
1. Айзерман М.А. Классическая механика. М.: Наука, 1980, 386 с.
2. Потемкин В.Г. Матлаб. Справочное пособие. М.: Диалог МИФИ, 1997. 350 с.
3. Дьяконов В. П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
4. Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат, 1978, 392 с.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 17
23
УДК 681.5(06) Автоматика
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 17
24