SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
1 von 42
Асланов Владимир Степанович
                   aslanov_vs@mail.ru


Аналитические методы исследования
 динамики космических аппаратов в
        атмосферах планет
           Кафедра теоретической механики
                    www.termech.ru

Самарский государственный аэрокосмический университет
              им. академика С. П. Королѐва
                      www.ssau.ru




                        2012 год
1. Постановка задачи
 Изучается движение космического аппарата (КА) относительно центра масс
  при спуске в атмосферу методами регулярной и хаотической динамики




Динамику вращающихся КА в атмосфере изучали выдающие отечественные ученые: В.А.Ярошевский, Ф.Р.Гантмахер,
Л.М.Левин, В.С.Пугачев и другие, а также зарубежные ученые: J.Nicolaides, G.Gross, C.Murphy и другие.
                                                                                                            2
1. Постановка задачи
Изучение планеты Венера (СССР: 1961-1983, СА «Венера 1 – 14», «Вега 1-2» )




                                                                      СА «Венера 12»– 4700 кг

                                                                     1967 г. «Венера 4» - посадка
                                                                     на поверхность Венеры

                                                                     1975 г. «Венера 9-10» -
                                                                     время работы на
                                                                     поверхности Венеры:
                                                                     53 мин.

                                                                     1983 г. «Вега 1-2» -
                                                                     аэростатный зонд, H=55км,
                                                                     время работы: 46 часов



  Венера: атмосфера- 90% углекислого газа, температура – 500 oС, давление – 100 атм.

                                                                                                 3
Примеры КА, предназначенных для входа в
              атмосферу




                                          4
1. Постановка задачи

                          Цель работы

•   Построение простых математических моделей пространственного
    движения КА относительно центра масс в атмосфере. Разделение
    движения на невозмущенное и возмущенное.
•   Получение точных и приближѐнных аналитических решений,
    описывающих движение КА в невозмущенном движении.
•   Вывод приближѐнных аналитических решений, описывающих
    возмущенные колебания КА, вызванных изменением параметров
    атмосферы.
•   Выявление нелинейного резонанса, определение устойчивости
    резонанса для возмущенного движения.
•   Описание движения КА в атмосфере методами хаотической
    динамики.
•   Восстановление (идентификация) движения КА по результатам
    измерений.


                                                                   5
2. Уравнения движения
            Уравнения движения КА в инерциальной системе отсчета
                                                         
                dK           dei  
                                                     2
                                                   d r  F
                    K  M,         ei  0,      2
                                                        g            (1)
                dt              dt                 dt       m

                                                  Системы координат
            
где K  I   - кинематический момент КА,
                       
   I - тензор инерции,  - угловая скорость,
     - аэродинамическая сила и момент,
   F, M
   
   ei - единичные векторы,
   m - масса,
   
   g - гравитационное ускорение.




                                                                         6
2. Уравнения движения
                                  Уравнения движения центра масс КА
              dV        qS             d    cos      V2  dH
                  cxa     g sin  ,            g  ,        V sin            (2)
              dt        m              dt     V         r   dt
                                                                   H V 2
где V , H ,  - скорость, высота и угол наклона траектории; q              - скоростной напор
                                                                      2
                                                     Iz  I y
Малая асимметрия:   ( yT , zT , i                          , I xy , I xz , mx , my , mz )  0( )   (3)
                                                        I
где  - малый параметр
Уравнения движения КА относительно центра масс
                    d 2
                        2
                            F ( , z )   Ф ( ,  , z ),
                     dt
                    d
                           R / I x  (G  R cos  ) cos  / sin 2   Ф ( , z ),                         (4)
                     dt
                    dz
                           Фz ( ,  , z ), ( z  R, G, q )
                     dt
где F (, z )  (G  R cos )(R  G cos ) / sin3   M  (, z ),                                          (5)

      Ф  D0 ( , z )  D1 ( , z )sin   D ( , z ) cos   D3 ( , z )sin 2  D ( , z) cos 2
                          
                                              2
                                                                  
                                                                                      4
                                                                                                            (6)
                                                                                         , R, G, q           7
3. Невозмущенное движения
       Уравнения невозмущенного движения КА относительно центра масс               0

                d 2  G  R cos   R  G cos  
                                                    M    0                        (7)
                dt 2             sin 3 
                                            qSL
Восстанавливающий момент M     m        , m    a sin   b sin 2          (8)
                                              I




             xT
  где xT 
             L
                                             *  0,  *  0, *   - положения равновесия
                                                                                               8
3. Невозмущенное движения
             Типы КА




      m    a sin   b sin 2




         m    a sin 




                                     9
3. Невозмущенное движения
                                              Интеграл энергии системы (7)

                    1  d    R 2  G 2  2 RG cos 
                                  2

                                                    a cos   b cos 2   E                                                       (9)
                    2  dt           2sin 2



 Замена переменных u  cos  приводит к уравнению
                                                                    2
                                                            du 
                                                              f u                                                               (10)
                                                            dt 
                    
 где f  u   2 1  u
                       2
                                E  au  bu   2GRu  G
                                                 2                          2
                                                                                 R2                                                 (11)

 Уравнение (10) интегрируется в квадратурах
                                                      u                         u
                                                               du                                 du
                                           t  t0    
                                                      u0       f u 
                                                                               
                                                                                u0   a0u  a1u  a2u  a3u  a4
                                                                                        4     3            2                         (12)


Интеграл (12) приводится к неполным эллиптических интеграла 1-го, 2-го и 3-го рода:
               
                             d                                                                       
                                                                                                                         d
   F ( , k )  
                                                        
                                          , E ( , k )  1  k sin  d , П ( , n, k )  
                                                                        2        2

               0        1  k 2 sin 2                     0                                           0   (1  n sin 2  ) 1  k 2 sin 2 

                                                                                                                                              10
3. Невозмущенное движения
                                   Общее решение для m    a sin 

                                     cos   (u1  u2 )cn 2   (t  t0 )  K , k   u2                            (13)

где   cn   (t  t0 )  K , k   cos am   (t  t0 )  K , k  - эллиптический косинус
                    
      K  k   F ( , k ) - полный эллиптический интеграл 1-го рода
                     2
        am   (t  t0 )  K , k  - амплитуда-функция
                                              Приближенное решение
                                       cos   B(1  cos y)(m  cos y)2  u2                                        (14)

Здесь y   (t  t0 ) / K , B  (u1  u2 ) p / 8, m  (2  p) / p,
                                                     2



                              
           p  2 1 1 k 2 / 1 1 k 2           
                                          Угол собственного вращения
             R  G  R cos   t   cos  
            t
   0    
                       sin 2   t 
                                                             
                                             dt  f П   t  , n1 , k  , П   t  , n2 , k  , П  n1 , k  , П  n2 , k    
          0                                
             Ix                            
                                                                                                                    (15)
                                                                                                                                   11
3. Невозмущенное движения
                              Общее решение для               m    a sin   b sin 2

                                                                                M
                                           cos   u  L                                                                  (16)
                                                                  1  Ncn   
                                                                                 t 0, k 

где   1, 2 зависит от вида корней полинома f  u   0


                                Угол собственного вращения [Серов В.М.]


            R  G  R cos   t   cos  
            t
  0    
                      sin 2   t 
                                                              
                                            dt  f ab П   t  , n1 , k  , П   t  , n2 , k  , П  n1 , k  , П  n2 , k    
         0                                
            Ix                            




                                                                                                                                  12
4. Возмущенное движения
                    4.1. Простейший вид возмущенного движения
                         (асимметрия и демпфирование отсутствуют)

                                    Уравнение движения
   d 2  G  R cos   R  G cos                                         dq
                                       a  q  sin   b  q  sin 2  0,      Фq  t    (17)
   dt 2             sin 3                                                   dt

Зависимость скоростного напора от                             Зависимость угла атаки от
            времени                                                  времени




                                                                                                13
4. Возмущенное движения
          Адиабатический инвариант- интеграл возмущенного движения
                                      max
                                             d     1  d 
                                                          T        2

                              Ig 
                                     
                                            dt
                                                d         dt  const
                                                    2 0  dt 
                                                                                           (18)
                                      min

Подставляя решения (13) или (16) в (18), получим неявную зависимость
амплитуды угла атаки от скоростного напора

                         V 2
              I g (q           ,  max )  f  K  k  , E (k ), i (k , ni )   const   (19)
                          2

                              Приближенные решения вида

                                              max   max  q                            (20)

     Минимальный угол атаки определяется из интеграла энергии (9) при

                                  d     
                                E     0   E  max   E  min                       (21)
                                  dt     

                                                                                                  14
4. Возмущенное движения
                 4.2. Возмущенного движения осесимметричного КА
                             (асимметрия отсутствуют)
Уравнение движения
  d 2  G  R cos   R  G cos  
                                      a  q  sin   b  q  sin 2   Ф  , z  ,
  dt 2                 sin 3 
                                                                                           (22)
  dz
        Фz ( , z ), ( z  R, G, q)
  dt
                                                                      Сравнение результатов
где Ф , z  , z   Ф , z   2 , z                         
Усредненные уравнения (метод Волосова)

d max                  1 t T           1
                                             t T
                                                  E
         F ( max , z )  T               T  z
                                 dt 
                                                     z dt 
 dt
                             t                t
                      W ( max , z ) 
                                     z     z  ,   (23)
                          z             
     t T
dz 
  
dt T t   z ( (t ), z)dt   z  z  ,

                             
где  , z  z    , z K  k  , E (k ),  i (k , ni )   
                                                                                                  15
4. Возмущенное движения
                          4.3. Возмущенного движения асимметричного КА

                     Уравнение движения в виде двухчастотной системы
       y  ( z )  Y ( y, , z ),
       
         Ф ( y, z ),
                                                                                                          (24)
       z  Фz ( y, , z ),
       
       Фz  D0z ( y, z)  D1z ( y, z) sin  D2z ( y, z) cos  D3z ( y, z) sin 2  D4z ( y, z) cos 2.
где z  ( R, G ,  max , q ),   y  (t  t0 ) - фаза колебания угла атаки

          Фz  y,  , z   Фz  y  2 ,   2 , z  , Ф  y, z   Ф  y  2 , z  ,
                                                                                                           (25)
          Y  y,  , z   Y  y  2 ,   2 , z 

                                Средняя частота собственного вращения
                                                        2
                                                      1
                                                     2 
                                            ( z )       Ф ( y, z )dy                                    (26)
                                                        0

                                                                                                                  16
4. Возмущенное движения
                                    Нелинейный резонанс

                                 ( z )  m( z )n( z )O()          (27)

где   m, n   - целые, простые числа


Приближенные формулы для частот (b=0):

                                         1 1                     R2
                2   R / 4,
                     2
                     a
                          2
                                    R     sign( R  G ) a 
                                                               2
                                                                        (28)
                                         Ix 2                    4

Главный резонанс (m=n):                                              (29)


Резонанс крена (m=0):   0                                             (30)




                                                                               17
4. Возмущенное движения
                                 Пример резонансного вращения (b=0)

                                       qSl                      qSl
      F ( )  zт cos  sin 
                                        , R   zт sin  cos      , q   Фq ( z ), G  const (31)
                                                                       
                                        I                         I
Главный резонанс (m=n):             
                                                                                точка 2
Точка 1:

   y  0,   0, N1  qS sin  max , M R   z  qSl sin  max                   N2
                                                                        N1
                                                                                      N3
Точка 2:
                                                           точка 1                             точка 3
                  
   y       ,        , N 2  qS sin  , M R  0                               N4
        2          2
Точка 3:
   y   ,    , N3  qS sin  min , M R  z  qSl sin  min
Точка 4:                                                                        точка 4
        3      3
   y      ,     , N 4  qS sin  , M R  0
         2       2
                                                                                                     18
4. Возмущенное движения
                             Маятниковая система. Анализ резонансов

 Замена переменных:           = my / n               (32)    Фазовый портрет

                Маятниковая система
         d 2             dz
              +Q( ,z)=0,      f z (  ,z)            (33)
         d 2
                          d
где    ,
Q(  , z )  Q0 ( z )  Q1 ( z )sin  
                                                        (34)
 Q2 ( z ) cos   Q3 ( z )sin 2   Q4 ( z ) cos 2 

              Интеграл энергии         0
                         2
                 1  d 
                      W ()  E                      (35)
                 2  d 

где W ( ,z)  Q0   Q1 cos   Q2 sin               (36)
                1            1
                Q3 cos 2   Q4 sin 2  .
                2            2                                                    19
4. Возмущенное движения
                         Захват и проход через резонанс

Главный резонанс и резонанс крена                         Типы движений

 рад.
                                                               проход


                                                                   захват




                                                  min     *                max
                                                                                    




                                     t,сек                          движение в малой
 0            50   100     150     200                              окрестности центра




                                                                                    20
4. Возмущенное движения
                                           Устойчивость резонанса


Замена переменных                 *   ,    *   ,    d  / d ,  *  0                (37)

Уравнения возмущенного движения в окрестности центра                                           *

          d                           d 
                    G (  * , z ),        2 (  * , z )   P(  * , z ),
           d                            d
                                                                                                      (38)
          dz
                f z ( * , z)
          d
                     Q Q                                               Q
 где G (  , z )                     f z (  * , z ),  2 (  * , z )               0            (39)
          *
                          /   
                       z      *                                        *



 Функция Ляпунова


                                          VA      2
                                                          22
                                                                    2
                                                                       
                                                                                                             21
4. Возмущенное движения
      Влияние резонанса на движение КА
        гр ад
150
                          устойчивы й резонанс
125
                    неустойчивы й резонанс
100

 75

 50
                                                       проход
 25
            безрезонансное движ ение
                                                                        h,км
  0
                    65             45             25                5
        к  /с
 11                  безрезонансное движ ение
                                                        проход
 10
  9
  8
  7
  6
        неустойчивы й резонанс
  5
  4                        устойчивы й резонанс                     h,км

                     65            45            25             5
                                                                               22
4. Возмущенное движения
      4.4. Особенности возмущенное движение КА с бигармоническим моментом

    Бигармонический момент                                        Фазовый портрет
     m  , t   a  t  sin   b  t  sin 2




    Три положения равновесия:
               *  0,  *  0, *  
Три области существуют, если W   u*1   W   u*2   0 (40)

где u*1 , u*2 корни уравнения W   u   0              (41)

                                                                                    23
4. Возмущенное движения




         A0-stable; A1,A2 - unstable                       A0-unstable; A1,A2 - stable

            A1,A2 – stable if                    
                                  E ( z )  W* or f*  0                   (42)

               A0 – stable if                   
                                  E ( z )  W* or f*  0                   (43)
E - average value of the total energy, calculated in neighborhood separatrix
W* - value of the potential energy, calculated at the saddle point u=u*
                                                     
               f  f (u , z )  2(1  u 2 )[ E ( z )  W (u , z )]  O( 2 ) (44)
               *      *            *             *
                                                                                         24
4. Возмущенное движения
                                      E ( z )  W  m , z                                               (45)
   m - the amplitude value of the angle of attack
                    The derivatives by virtue of the averaged equations

                   W                    W                                          W
           E ( z)                m 
                                                         z  F ( m , z )   m 
                                                                                                   z
                                                                                                         (46)
                         m            z     m                                 z     m


                                                    W
                                       W (* , z )                       z
                                                                                                         (47)
                                                      z           *


   The criterion of stability of the disturbed motion in neighborhood the separatrix
                                                                       m
                                                            W                                            (48)
                                     F ( m , z )   m 
                                                                           z
                                                                             
                                                             z        *



A1,A2 – stable if                                         0                                             (49)

 A0 – stable if                                           0                                             (50)
                                                                                                                 25
4. Возмущенное движения
At the moment of time t* the phase trajectory
intersects the separatrix. Areas A1 and A2 are
stable, therefore the system can continue the
further motion both in area A1, and in area A2.
5. Хаотические колебания КА
            Хаотическое поведение асимметричного тела
      с бигармоническим моментом (классическая постановка)
Новые обозначения: угол нутации         , моменты инерции A  I x , B  I y , C  I z ,
                                                      
                         обобщенные импульсы p  I x , p  I x R, p  I xG.

              Малый параметр            B  A / A                                  (51)

   Гамильтониан: H  H 0   H1  O( 2 )                                              (52)

             p  p  p cos  
                                     2
               2                     2
                                    p
   где H 0                           a cos   b cos2                             (53)
             2A     2 A sin 2      2C
                p  p cos   cos   p sin  sin  
                                                             2

        H1                                            
                                                                                       (54)
                               2 A sin 
                                       2




 Канонические уравнения
                       H           H
                qi 
                
                       pi
                           , pi  
                             
                                    qi
                                          
                                        , qi   ,  , , pi  p , p , p           (55)

                                                                                              27
5. Хаотические колебания КА
                                            Невозмущенная система               0  H  H0

                  p , p    
                                p  p cos   p  p cos  
                                                               a sin   b sin 2 ,
                    A                     A sin 3 
                                                                                               (56)
                    p  p  p cos   cos         p  p cos  , p , p  co nst
                                         ,                             
                    C           A sin 2                 A sin 2 

Случай Эйлера: a=0, b=0. Случай Лагранжа: a>0, b=0.

            Гомоклинические (сепаратрисные)
                      траектории

                                             4
cos  ( j ) (t )  u0                                                 , j  1, 2
                          2   (4   )C j exp(t )  C j exp( t )
                                        2     1



                                                                          (57)



                                                                                                      28
5. Хаотические колебания КА
                                                        Функция Мельникова

               
                     H 0      H 0        H 0  ( j )
M j  t0     g p       g       g p        (t  t0 ), p (t  t0 ), p ,   t  t0   dt 
                                                                   ( j)              ( j)

              
                     p                 p                                                                    (58)
                   
  0 , p   g p  ( j ) (t  t0 ), p ( j ) (t  t0 ), p ,  ( j )  t  t0  dt
                   
                                                                                            Функция Мельникова для
                                                                                               областей А1 и А2
 где

           H1           H        H1
   g         , g p   1 , g 
           p                   p




                                                                                                                        29
5. Хаотические колебания КА
                     Сечения Пуанкаре




Инерционная асимметрия                  Инерционная асимметрия
         0                                     0.01



                                                                 30
5. Хаотические колебания КА
                              Сечения Пуанкаре



Инерционная асимметрия
  0.05




                         Перетекание хаотических траекторий   31
6. Хаотические колебания КА с подвижным
              центром масс
       Центр масс КА перемещается вдоль оси симметрии

                         xc  ( xc )0  xc sin(t )                         (59)


                          Уравнение движения КА


    
    
          G  R cos   R  G cos    a sin   b sin 2             
                      sin  3
                                                                             (60)
      ( a sin   b sin 2 ) sin(t )   m ( )


                            Система Мельникова
         f1  g1 ,
     
         G  R cos   R  G cos   / sin 3   a sin   b sin 2 
      
                                                                             (61)
      (a sin   b sin 2 ) sin    1  sin     f 2  g 2 ,
                                                2


      
      
                                                                                    32
6. Хаотические колебания КА с подвижным
              центром масс
                                      Гомоклинические траектории

                                                                 4
                    cos  ( j ) (t )  u0                                                 , j  1, 2   (62)
                                              2   (4   )C j exp(t )  C j exp( t )
                                                            2    1




                                               Функция Мельникова
                                    
         M (t0 , 0 )   { f1[qi ) (t )] g2[qi ) (t ), t  t0  0 ]}dt  M (i )  M (i )
             (i )
             
                                (              (
                                                                                                        (63)
                                    



                         
где M                     i ) (a sin  i )  b sin 2 i ) ) sin(t  t0  0 )dt ,
      (i )                     (             (               (
                       
                                                                                                       (64)
    M     (1  sin  )( ) dt
      (i )                                2     (i )
                                                
                                                        (i ) 2
                                                        
                             



                                         Условие отсутствие хаоса

                                                        M(i )  M (i )                                (65)


                                                                                                               33
6. Хаотические колебания КА с подвижным
              центром масс
              Сечения Пуанкаре




                                          34
7. Восстановление (идентификация) движения КА
           по результатам измерений
                7.1. Общие положения интегрального метода
                                                                                                    (66)
 Вектор измерений:        d  (d1 , d 2 ,.., d m )
Вектор расчетных значений: g ( )   g1 , g 2, ..., g m                                           (67)

  где       
          1,2, ..., l       - вектор определяемых параметров
                                 
                                                                                          
                                            N m
Метод наименьших квадратов (МНК)   argmin   j d ij  g ij  
                                                                    2
                                                                                                    (68)
                                                                     i 1 j 1

Пусть известна совокупность независимых интегралов

                                                
                                    H k ,d j  const, k  1,2,.. p; j  1,2,..m                  (69)


или медленно меняющихся функций
                                                             
                                                         dH k ,d j     O                      (70)
                                                             dt
Новый критерий оценки состояния

                                                 k  H k  , dij   H k  , gij   
                                                N    p                                          2
                                  
                                   arg min                                                        (71)
                                            
                                                i 1 k 1
                                                                                           
                                                                                                           35
7. Восстановление (идентификация) движения КА
           по результатам измерений
             7.2. Идентификация вращательного движения КА
                         на орбитальном участке

 Измеряется угловая скорость                    x 
                                           d  u ,u ,u
                                                    y   z                                                (72)

                                                            x 0 ,  y 0 ,  z 0 , I x , I y , I z 
                                                                                                          (73)
 Вектор определяемых параметров

 Существует три первых интегралов, зависящих от угловой скорости

                                  K  x   x     y K y   z K z  / 2  H1 ,
                                 K x2  K y  K z2  H 2 ,
                                          2                                                               (74)

                                 K x  K y   K z   H 3
    
где K  I     K x , K y , K z  - кинетический момент, , ,  - направляющие косинусы.
            

                              Новый критерий оценки состояния


                              k  H k  ,  uji   H k  ,  jip    , j  x, y, z
                             N     2                                                      2
                
                 arg min                                                                                (75)
                                  
                             i 1 k 1
                                                                             
                                                                                                                 36
7. Восстановление (идентификация) движения КА
           по результатам измерений
                                             Пример
Число измерений угловой скорости N=20

     Математические ожидания и среднеквадратические отклонения оценок
          моментов инерции для различных интервалов измерения t 

                      Метод наименьших квадратов            Интегральный метод

            t        2       10      25        40      2       10      25       40

            MIx      1.499   1.499   1.499     1.493   1.491   1.494   1.499   1.500

            I x     0.011   0.009   0.437     0.571   0.082   0.063   0.092   0.074
            MIy      5.627   5.619   6.477     7.007   5.604   5.604   5.612   5.605
            I y     0.027   0.025   1.651     3.183   0.043   0.046   0.041   0.043

Преимущества интегрального метода:
                   1. Точность метода мало зависит шага измерения .
                   2. Для получения оценок не требуется большой объем вычислений.

                                                                                       37
7. Восстановление (идентификация) движения КА
           по результатам измерений
   7.3. Идентификация вращательного движения КА при спуске в
                          атмосфере
                                                                  
Измеряется угловая скорость и перегрузки d  x ,  y , z , nx , n y , nz                                 (76)

Вектор определяемых параметров                  x0 , D                                                  (77)
   где x0 - вектор начальных условий,
       D   - вектор параметров КА.
Существует три медленно меняющиеся функции

                                     R  I x x ,     G
                                                             1
                                                             n
                                                                I x x nx   y n y   z nz  ,
                                                                                                            (78)
                                          1                                  n 1
                                                                                    c n  
                                                                                               i 1

                                     E         I x x  I  y  I  z2  q  i  x  
                                                      2       2

                                          2I   
                                                                            i 0 i  1  n  
                                                                                              
где E - кинетическая энергия.

                           Новый критерий оценки состояния

                                                                                               
                          N
                 argmin   R Riu  Rip                                     E Eiu  Eip 
               ~                                2                        2                  2
                                                     G Giu  Gip                                          (79)
                        i 1 
                                                                                             
                                                                                              
                                                                                                                   38
7. Восстановление (идентификация) движения КА
           по результатам измерений
                                              Пример
Число измерений угловой скорости N=50

      Математические ожидания и среднеквадратические отклонения оценок
                                          
        запаса статической устойчивости m z для различных интервалов
                                 измерения t 

             t ,c           0.2        2.0         4.0        8.0        16.0
            t ,c          0.011      0.105       0.221       0.421       0.842
            M m
                          -0.0599    -0.0599     -0.0799       -           -
                   z

              m
                          0.0006     0.0001      0.0306        -           -
                   z

            M ~           -0.0624    -0.0604     -0.0604    -0.0604     -0.0604
               mz
              ~          0.0033     0.0011      0.0011      0.0010     0.0012
               mz

            K m m
               ~          0.5264     0.6579      0.0696        -           -
               z       z


 Преимущества интегрального метода:
                             1. Точность метода мало зависит шага измерения .
                             2. Для получения оценок не требуется большой объем вычислений.
                                                                                          39
Основные результаты опубликованы в
                  следующих статьях
•   Асланов В.С. Пространственное движение тела в атмосфере, М:. Физматлит, 160 с., 2004.
•   Aslanov V.S. Spatial chaotic vibrations when there is a periodic change in the position of the centre
    of mass of a body in the atmosphere- Journal of Applied Mathematics and Mechanics 73 (2009) 179–
    187.
•   Aslanov V.S. and Ledkov A.S. Analysis of the resonance and ways of its elimination at the descent
    of spacecrafts in the rarefied atmosphere - Aerospace Science and Technology 13 (2009) 224–231.
•   Aslanov V.S. Resonance at motion of a body in the Mars’s atmosphere under biharmonical moment -
    WSEAS TRANSACTIONS on SYSTEMS AND CONTROL, Issue 1, Volume 3, January 2008, (ISSN:
    1991-8763), pp. 33-39.
•   Aslanov V. S. and Doroshin A. V. Influence of Disturbances on the Angular Motion of a Spacecraft in
    the Powered Section of Its Descent - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 46, No. 2, 2008, pp. 166-
    171.
•   Aslanov V.S. Resonance at Descent in the Mars’s Atmosphere of Analogue of the Beagle 2 Lander -
    Proceedings of 3rd WSEAS International Conference on DYNAMICAL SYSTEMS and CONTROL
    (CONTROL'07), Arcachon, France, October 13-15, 2007, 178-181.
•   Aslanov V. S. and Ledkov A.S. Features of Rotational Motion of a Spacecraft Descending in the
    Martian Atmosphere - Cosmic Research ISSN 0010-9525, 2007, Vol. 45, No. 4, 331-337.
•   Aslanov V. S. Doroshin A. V. and Kruglov G.E. The mothion of coaxial bodies of varying
    composition on the active leg of descent - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 43, No. 3, 2005, pp.
    213-221.




                                                                                                      40
Основные результаты опубликованы в
                  следующих статьях
•   Aslanov V. S. The motion of a rotating body in a resisting medium - Mechanics of Solids, 2005, vol.
    40, no2, pp. 21-32.
•   Aslanov V.S. and Timbyi I.A. Action-angle canonical variables for the motion of a rigid body under
    the action of a biharmonic torque - Mechanics of Solids, Vol. 38, No. 1, pp. 13-23, 2003.
•   Aslanov V. S. and Doroshin A. V. Stabilization of a Reentry Vehicle by a Partial Spin-up during
    Uncontrolled Descent - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 40, No. 2, 2002, pp. 178-185.
•   Aslanov V. S. and Myasnikov S. V. Analysis of Nonlinear Resonances during Spacecraft Descent in
    the Atmosphere - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 35, No. 6, 1997, pp. 616-622.
•   Aslanov V. S. and Timbay I. A. Transient Modes of Spacecraft Angular Motion on the Upper Section
    of the Reentry Trajectory - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 35, No. 3, 1997, pp. 260-267.
•   Aslanov V. S. and Myasnikov S. V. Stability of Nonlinear Resonance Modes of Spacecraft Motion in
    the Atmosphere - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 34, No. 6, 1996, pp. 579-584.
•   Aslanov V. S. and Timbay I. A. Some Problem of the Reentry Vehicles Dynamics- Cosmic Research
    ISSN 0010-9525, Vol. 33, No. 6, 1995.
•   Aslanov V.S. Nonlinear Resonances of the Slightly Asymmetric Reentry Vehicles - Cosmic
    Research ISSN 0010-9525, Vol. 30, No. 5, 1992.
•   Aslanov V.S. Definition of Rotary Movement of a Space Vehicle by Results of Measurements -
    Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 27, No. 3, 1989.
•   Aslanov V.S. Two Kinds of Nonlinear Resonant Movement of an Asymmetric Reentry Vehicle -
    Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 26, No. 2, 1988.
•   Aslanov V. S. and Boyko V.V. Nonlinear Resonant Movement of an Asymmetric Reentry Vehicle -
    Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 23, No. 3, 1985.

                                                                                                      41
Основные результаты опубликованы в
                  следующих статьях
•   Aslanov V. S., Boyko V.V. and Timbay I. A. Spatial Fluctuations of the Symmetric Reentry Vehicle at
    Any Corners of Attack - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 19, No. 5, 1981.
•   Aslanov V. S. Definition of Amplitude of Spatial Fluctuations of the Slightly Asymmetric Reentry
    Vehicles - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 18, No. 2, 1980.
•   Aslanov V. S. About Rotary Movement of the Symmetric Reentry Vehicle - Cosmic Research ISSN
    0010-9525, Vol. 14, No. 4, 1976.




                                                                                                     42

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

примеры решения задач
примеры решения задачпримеры решения задач
примеры решения задачZhanna Kazakova
 
кин лекция 10
кин лекция 10кин лекция 10
кин лекция 10student_kai
 
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...Garik Yenokyan
 
зад2 примеры решения задач
зад2 примеры решения задачзад2 примеры решения задач
зад2 примеры решения задачZhanna Kazakova
 
презентиция для кафедры 2
презентиция для кафедры 2презентиция для кафедры 2
презентиция для кафедры 2NeverMora
 
Cosmology present
Cosmology presentCosmology present
Cosmology presentDrofaUral
 
формальное определение вида горной породы
формальное определение вида горной породыформальное определение вида горной породы
формальное определение вида горной породыAlex Shkotin
 
примеры решения задач
примеры решения задачпримеры решения задач
примеры решения задачZhanna Kazakova
 
34123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c07
34123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c0734123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c07
34123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c07robinbad123100
 
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.silvermlm
 
336.электричество лабораторный практикум часть 2
336.электричество  лабораторный практикум часть 2336.электричество  лабораторный практикум часть 2
336.электричество лабораторный практикум часть 2ivanov15666688
 

Was ist angesagt? (20)

примеры решения задач
примеры решения задачпримеры решения задач
примеры решения задач
 
кин лекция 10
кин лекция 10кин лекция 10
кин лекция 10
 
Kosmologiya
KosmologiyaKosmologiya
Kosmologiya
 
7
77
7
 
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. ГЛАВА I. МЕХАНИКА. § 4. Динамика прямолинейного движения. О...
 
2.2
2.22.2
2.2
 
зад2 примеры решения задач
зад2 примеры решения задачзад2 примеры решения задач
зад2 примеры решения задач
 
презентиция для кафедры 2
презентиция для кафедры 2презентиция для кафедры 2
презентиция для кафедры 2
 
Cosmology present
Cosmology presentCosmology present
Cosmology present
 
формальное определение вида горной породы
формальное определение вида горной породыформальное определение вида горной породы
формальное определение вида горной породы
 
примеры решения задач
примеры решения задачпримеры решения задач
примеры решения задач
 
Задание 1
Задание 1Задание 1
Задание 1
 
34123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c07
34123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c0734123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c07
34123 59140c69c04bf28e6ff39aae11897c07
 
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ. Г Л А В А I. МЕХАНИКА.
 
тепл
теплтепл
тепл
 
336.электричество лабораторный практикум часть 2
336.электричество  лабораторный практикум часть 2336.электричество  лабораторный практикум часть 2
336.электричество лабораторный практикум часть 2
 
лекция1
лекция1лекция1
лекция1
 
повтор презентация
повтор презентацияповтор презентация
повтор презентация
 
Строение вещества
Строение веществаСтроение вещества
Строение вещества
 
повторительно обобщающий урок на тему
повторительно обобщающий урок на темуповторительно обобщающий урок на тему
повторительно обобщающий урок на тему
 

Andere mochten auch (6)

Кинематические уравнения
Кинематические уравненияКинематические уравнения
Кинематические уравнения
 
Python. Обработка ошибок
Python. Обработка ошибокPython. Обработка ошибок
Python. Обработка ошибок
 
Углы Эйлера
Углы ЭйлераУглы Эйлера
Углы Эйлера
 
Attitude Dynamics of Re-entry Vehicle
Attitude Dynamics of Re-entry VehicleAttitude Dynamics of Re-entry Vehicle
Attitude Dynamics of Re-entry Vehicle
 
Случай Эйлера
Случай ЭйлераСлучай Эйлера
Случай Эйлера
 
Hype vs. Reality: The AI Explainer
Hype vs. Reality: The AI ExplainerHype vs. Reality: The AI Explainer
Hype vs. Reality: The AI Explainer
 

Ähnlich wie Аналитические методы исследования динамики космических аппаратов в атмосферах планет

бег по кругу
бег по кругубег по кругу
бег по кругуFizika-234
 
Doppler reflectometry in large devices
Doppler reflectometry in large devicesDoppler reflectometry in large devices
Doppler reflectometry in large devicesalexandersurkov
 
графический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задачграфический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задачmitusova
 
графический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задачграфический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задачMaria1808
 
й 3.4. с 1. к 2
й 3.4. с 1. к 2й 3.4. с 1. к 2
й 3.4. с 1. к 2timorevel
 
прям обрат задача2.Doc
прям обрат задача2.Docпрям обрат задача2.Doc
прям обрат задача2.Docguestd1d0b6b
 
Telnov_Mechanika-zadachnik-1.pdf
Telnov_Mechanika-zadachnik-1.pdfTelnov_Mechanika-zadachnik-1.pdf
Telnov_Mechanika-zadachnik-1.pdffuad163089
 
Fractal Geometry
Fractal GeometryFractal Geometry
Fractal GeometrySSA KPI
 
ЗВТ
ЗВТЗВТ
ЗВТv2a5z8
 
Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...
Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...
Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...Dmitry Tseitlin
 
Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...
Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...
Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...Theoretical mechanics department
 
скрытая масса Вселенной
скрытая масса Вселеннойскрытая масса Вселенной
скрытая масса ВселеннойAndrei V, Zhuravlev
 
4.3. курс лекций афу
4.3. курс лекций афу4.3. курс лекций афу
4.3. курс лекций афуGKarina707
 
5.3. курс лекций афу
5.3. курс лекций афу5.3. курс лекций афу
5.3. курс лекций афуGKarina707
 
решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003
решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003 решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003
решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003 Иван Иванов
 
ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...
ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...
ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...ITMO University
 

Ähnlich wie Аналитические методы исследования динамики космических аппаратов в атмосферах планет (20)

бег по кругу
бег по кругубег по кругу
бег по кругу
 
Doppler reflectometry in large devices
Doppler reflectometry in large devicesDoppler reflectometry in large devices
Doppler reflectometry in large devices
 
графический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задачграфический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задач
 
графический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задачграфический метод решения сюжетных задач
графический метод решения сюжетных задач
 
Apophis
ApophisApophis
Apophis
 
й 3.4. с 1. к 2
й 3.4. с 1. к 2й 3.4. с 1. к 2
й 3.4. с 1. к 2
 
прям обрат задача2.Doc
прям обрат задача2.Docпрям обрат задача2.Doc
прям обрат задача2.Doc
 
Get Ft
Get FtGet Ft
Get Ft
 
Telnov_Mechanika-zadachnik-1.pdf
Telnov_Mechanika-zadachnik-1.pdfTelnov_Mechanika-zadachnik-1.pdf
Telnov_Mechanika-zadachnik-1.pdf
 
Fractal Geometry
Fractal GeometryFractal Geometry
Fractal Geometry
 
ЗВТ
ЗВТЗВТ
ЗВТ
 
Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...
Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...
Cоздание сверхтяжелых РН для исследования и освоения Луны и Марса - прошлое, ...
 
Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...
Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...
Исследование различных вариантов перелета космического аппарата в точку либра...
 
скрытая масса Вселенной
скрытая масса Вселеннойскрытая масса Вселенной
скрытая масса Вселенной
 
4.3. курс лекций афу
4.3. курс лекций афу4.3. курс лекций афу
4.3. курс лекций афу
 
5.3. курс лекций афу
5.3. курс лекций афу5.3. курс лекций афу
5.3. курс лекций афу
 
Кинематика точки
Кинематика точкиКинематика точки
Кинематика точки
 
решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003
решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003 решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003
решения к физика задачник_10-11кл_рымкевич_2003
 
Dekartovy koord. v_prostr
Dekartovy koord. v_prostrDekartovy koord. v_prostr
Dekartovy koord. v_prostr
 
ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...
ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...
ВЛИЯНИЕ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННОГО ОКЕ...
 

Mehr von Theoretical mechanics department

Python. Объектно-ориентированное программирование
Python. Объектно-ориентированное программирование Python. Объектно-ориентированное программирование
Python. Объектно-ориентированное программирование Theoretical mechanics department
 
Основы языка Питон: типы данных, операторы
Основы языка Питон: типы данных, операторыОсновы языка Питон: типы данных, операторы
Основы языка Питон: типы данных, операторыTheoretical mechanics department
 
Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754
Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754
Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754Theoretical mechanics department
 
Docking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanism
Docking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanismDocking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanism
Docking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanismTheoretical mechanics department
 
Алгоритмы и языки программирования
Алгоритмы и языки программированияАлгоритмы и языки программирования
Алгоритмы и языки программированияTheoretical mechanics department
 
Chaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a Tether
Chaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a TetherChaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a Tether
Chaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a TetherTheoretical mechanics department
 
Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+
Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+
Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+Theoretical mechanics department
 
On problems of active space debris removal using tethered towing
On problems of active space debris removal using tethered towingOn problems of active space debris removal using tethered towing
On problems of active space debris removal using tethered towingTheoretical mechanics department
 
Методы решения нелинейных уравнений
Методы решения нелинейных уравненийМетоды решения нелинейных уравнений
Методы решения нелинейных уравненийTheoretical mechanics department
 

Mehr von Theoretical mechanics department (20)

Космический мусор
Космический мусорКосмический мусор
Космический мусор
 
Основы SciPy
Основы SciPyОсновы SciPy
Основы SciPy
 
Основы NumPy
Основы NumPyОсновы NumPy
Основы NumPy
 
Модификация механизма Йо-Йо
Модификация механизма Йо-ЙоМодификация механизма Йо-Йо
Модификация механизма Йо-Йо
 
Python. Объектно-ориентированное программирование
Python. Объектно-ориентированное программирование Python. Объектно-ориентированное программирование
Python. Объектно-ориентированное программирование
 
Python: ввод и вывод
Python: ввод и выводPython: ввод и вывод
Python: ввод и вывод
 
Python: Модули и пакеты
Python: Модули и пакетыPython: Модули и пакеты
Python: Модули и пакеты
 
Основы Python. Функции
Основы Python. ФункцииОсновы Python. Функции
Основы Python. Функции
 
Основы языка Питон: типы данных, операторы
Основы языка Питон: типы данных, операторыОсновы языка Питон: типы данных, операторы
Основы языка Питон: типы данных, операторы
 
Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754
Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754
Машинная арифметика. Cтандарт IEEE-754
 
Chaotic motions of tethered satellites with low thrust
Chaotic motions of tethered satellites with low thrust Chaotic motions of tethered satellites with low thrust
Chaotic motions of tethered satellites with low thrust
 
Docking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanism
Docking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanismDocking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanism
Docking with noncooperative spent orbital stage using probe-cone mechanism
 
Алгоритмы и языки программирования
Алгоритмы и языки программированияАлгоритмы и языки программирования
Алгоритмы и языки программирования
 
Deployers for nanosatellites
Deployers for nanosatellitesDeployers for nanosatellites
Deployers for nanosatellites
 
CubeSat separation dynamics
CubeSat separation dynamicsCubeSat separation dynamics
CubeSat separation dynamics
 
Chaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a Tether
Chaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a TetherChaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a Tether
Chaotic Behavior of a Passive Satellite During Towing by a Tether
 
Основы MATLAB. Численные методы
Основы MATLAB. Численные методыОсновы MATLAB. Численные методы
Основы MATLAB. Численные методы
 
Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+
Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+
Транспортно-пусковой контейнер для наноспутников типоразмера 3U, 3U+
 
On problems of active space debris removal using tethered towing
On problems of active space debris removal using tethered towingOn problems of active space debris removal using tethered towing
On problems of active space debris removal using tethered towing
 
Методы решения нелинейных уравнений
Методы решения нелинейных уравненийМетоды решения нелинейных уравнений
Методы решения нелинейных уравнений
 

Аналитические методы исследования динамики космических аппаратов в атмосферах планет

  • 1. Асланов Владимир Степанович aslanov_vs@mail.ru Аналитические методы исследования динамики космических аппаратов в атмосферах планет Кафедра теоретической механики www.termech.ru Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С. П. Королѐва www.ssau.ru 2012 год
  • 2. 1. Постановка задачи Изучается движение космического аппарата (КА) относительно центра масс при спуске в атмосферу методами регулярной и хаотической динамики Динамику вращающихся КА в атмосфере изучали выдающие отечественные ученые: В.А.Ярошевский, Ф.Р.Гантмахер, Л.М.Левин, В.С.Пугачев и другие, а также зарубежные ученые: J.Nicolaides, G.Gross, C.Murphy и другие. 2
  • 3. 1. Постановка задачи Изучение планеты Венера (СССР: 1961-1983, СА «Венера 1 – 14», «Вега 1-2» ) СА «Венера 12»– 4700 кг 1967 г. «Венера 4» - посадка на поверхность Венеры 1975 г. «Венера 9-10» - время работы на поверхности Венеры: 53 мин. 1983 г. «Вега 1-2» - аэростатный зонд, H=55км, время работы: 46 часов Венера: атмосфера- 90% углекислого газа, температура – 500 oС, давление – 100 атм. 3
  • 4. Примеры КА, предназначенных для входа в атмосферу 4
  • 5. 1. Постановка задачи Цель работы • Построение простых математических моделей пространственного движения КА относительно центра масс в атмосфере. Разделение движения на невозмущенное и возмущенное. • Получение точных и приближѐнных аналитических решений, описывающих движение КА в невозмущенном движении. • Вывод приближѐнных аналитических решений, описывающих возмущенные колебания КА, вызванных изменением параметров атмосферы. • Выявление нелинейного резонанса, определение устойчивости резонанса для возмущенного движения. • Описание движения КА в атмосфере методами хаотической динамики. • Восстановление (идентификация) движения КА по результатам измерений. 5
  • 6. 2. Уравнения движения Уравнения движения КА в инерциальной системе отсчета     dK    dei   2 d r  F  K  M,    ei  0, 2 g (1) dt dt dt m  Системы координат  где K  I   - кинематический момент КА,  I - тензор инерции,  - угловая скорость,   - аэродинамическая сила и момент, F, M  ei - единичные векторы, m - масса,  g - гравитационное ускорение. 6
  • 7. 2. Уравнения движения Уравнения движения центра масс КА dV qS d cos   V2  dH  cxa  g sin  ,   g  ,  V sin  (2) dt m dt V  r  dt   H V 2 где V , H ,  - скорость, высота и угол наклона траектории; q  - скоростной напор 2 Iz  I y Малая асимметрия:   ( yT , zT , i  , I xy , I xz , mx , my , mz )  0( ) (3) I где  - малый параметр Уравнения движения КА относительно центра масс d 2 2  F ( , z )   Ф ( ,  , z ), dt d  R / I x  (G  R cos  ) cos  / sin 2   Ф ( , z ), (4) dt dz   Фz ( ,  , z ), ( z  R, G, q ) dt где F (, z )  (G  R cos )(R  G cos ) / sin3   M  (, z ), (5)  Ф  D0 ( , z )  D1 ( , z )sin   D ( , z ) cos   D3 ( , z )sin 2  D ( , z) cos 2   2  4 (6)    , R, G, q  7
  • 8. 3. Невозмущенное движения Уравнения невозмущенного движения КА относительно центра масс  0 d 2  G  R cos   R  G cos     M    0 (7) dt 2 sin 3  qSL Восстанавливающий момент M     m   , m    a sin   b sin 2 (8) I xT где xT  L  *  0,  *  0, *   - положения равновесия 8
  • 9. 3. Невозмущенное движения Типы КА m    a sin   b sin 2 m    a sin  9
  • 10. 3. Невозмущенное движения Интеграл энергии системы (7) 1  d  R 2  G 2  2 RG cos  2     a cos   b cos 2   E (9) 2  dt  2sin 2 Замена переменных u  cos  приводит к уравнению 2  du     f u  (10)  dt   где f  u   2 1  u 2  E  au  bu   2GRu  G 2 2  R2 (11) Уравнение (10) интегрируется в квадратурах u u du du t  t0   u0 f u    u0 a0u  a1u  a2u  a3u  a4 4 3 2 (12) Интеграл (12) приводится к неполным эллиптических интеграла 1-го, 2-го и 3-го рода:  d   d F ( , k )    , E ( , k )  1  k sin  d , П ( , n, k )   2 2 0 1  k 2 sin 2  0 0 (1  n sin 2  ) 1  k 2 sin 2  10
  • 11. 3. Невозмущенное движения Общее решение для m    a sin  cos   (u1  u2 )cn 2   (t  t0 )  K , k   u2 (13) где cn   (t  t0 )  K , k   cos am   (t  t0 )  K , k  - эллиптический косинус  K  k   F ( , k ) - полный эллиптический интеграл 1-го рода 2   am   (t  t0 )  K , k  - амплитуда-функция Приближенное решение cos   B(1  cos y)(m  cos y)2  u2 (14) Здесь y   (t  t0 ) / K , B  (u1  u2 ) p / 8, m  (2  p) / p, 2   p  2 1 1 k 2 / 1 1 k 2  Угол собственного вращения  R  G  R cos   t   cos   t   0     sin 2   t    dt  f П   t  , n1 , k  , П   t  , n2 , k  , П  n1 , k  , П  n2 , k   0    Ix  (15) 11
  • 12. 3. Невозмущенное движения Общее решение для m    a sin   b sin 2 M cos   u  L  (16) 1  Ncn   t 0, k  где   1, 2 зависит от вида корней полинома f  u   0 Угол собственного вращения [Серов В.М.]  R  G  R cos   t   cos   t   0     sin 2   t    dt  f ab П   t  , n1 , k  , П   t  , n2 , k  , П  n1 , k  , П  n2 , k   0    Ix  12
  • 13. 4. Возмущенное движения 4.1. Простейший вид возмущенного движения (асимметрия и демпфирование отсутствуют) Уравнение движения d 2  G  R cos   R  G cos   dq   a  q  sin   b  q  sin 2  0,   Фq  t  (17) dt 2 sin 3  dt Зависимость скоростного напора от Зависимость угла атаки от времени времени 13
  • 14. 4. Возмущенное движения Адиабатический инвариант- интеграл возмущенного движения  max d 1  d  T 2 Ig    dt d     dt  const 2 0  dt  (18) min Подставляя решения (13) или (16) в (18), получим неявную зависимость амплитуды угла атаки от скоростного напора V 2 I g (q  ,  max )  f  K  k  , E (k ), i (k , ni )   const (19) 2 Приближенные решения вида  max   max  q  (20) Минимальный угол атаки определяется из интеграла энергии (9) при  d  E  0   E  max   E  min  (21)  dt  14
  • 15. 4. Возмущенное движения 4.2. Возмущенного движения осесимметричного КА (асимметрия отсутствуют) Уравнение движения d 2  G  R cos   R  G cos     a  q  sin   b  q  sin 2   Ф  , z  , dt 2 sin 3  (22) dz   Фz ( , z ), ( z  R, G, q) dt Сравнение результатов где Ф , z  , z   Ф , z   2 , z   Усредненные уравнения (метод Волосова) d max   1 t T 1 t T E F ( max , z )  T  T  z     dt    z dt  dt  t t  W ( max , z )    z     z  , (23) z  t T dz   dt T t   z ( (t ), z)dt   z  z  ,  где  , z  z    , z K  k  , E (k ),  i (k , ni )  15
  • 16. 4. Возмущенное движения 4.3. Возмущенного движения асимметричного КА Уравнение движения в виде двухчастотной системы y  ( z )  Y ( y, , z ),    Ф ( y, z ),  (24) z  Фz ( y, , z ),  Фz  D0z ( y, z)  D1z ( y, z) sin  D2z ( y, z) cos  D3z ( y, z) sin 2  D4z ( y, z) cos 2. где z  ( R, G ,  max , q ), y  (t  t0 ) - фаза колебания угла атаки Фz  y,  , z   Фz  y  2 ,   2 , z  , Ф  y, z   Ф  y  2 , z  , (25) Y  y,  , z   Y  y  2 ,   2 , z  Средняя частота собственного вращения 2 1 2  ( z )  Ф ( y, z )dy (26) 0 16
  • 17. 4. Возмущенное движения Нелинейный резонанс ( z )  m( z )n( z )O() (27) где m, n - целые, простые числа Приближенные формулы для частот (b=0):  1 1 R2   2   R / 4, 2 a 2   R     sign( R  G ) a  2 (28)  Ix 2  4 Главный резонанс (m=n):    (29) Резонанс крена (m=0):   0 (30) 17
  • 18. 4. Возмущенное движения Пример резонансного вращения (b=0) qSl  qSl   F ( )  zт cos  sin   , R   zт sin  cos  , q   Фq ( z ), G  const (31)  I I Главный резонанс (m=n):  точка 2 Точка 1: y  0,   0, N1  qS sin  max , M R   z  qSl sin  max N2 N1 N3 Точка 2: точка 1 точка 3   y ,  , N 2  qS sin  , M R  0 N4 2 2 Точка 3: y   ,    , N3  qS sin  min , M R  z  qSl sin  min Точка 4: точка 4 3 3 y ,  , N 4  qS sin  , M R  0 2 2 18
  • 19. 4. Возмущенное движения Маятниковая система. Анализ резонансов Замена переменных:  = my / n   (32) Фазовый портрет Маятниковая система d 2 dz +Q( ,z)=0,   f z (  ,z) (33) d 2 d где    , Q(  , z )  Q0 ( z )  Q1 ( z )sin   (34)  Q2 ( z ) cos   Q3 ( z )sin 2   Q4 ( z ) cos 2  Интеграл энергии    0 2 1  d     W ()  E (35) 2  d  где W ( ,z)  Q0   Q1 cos   Q2 sin   (36) 1 1  Q3 cos 2   Q4 sin 2  . 2 2 19
  • 20. 4. Возмущенное движения Захват и проход через резонанс Главный резонанс и резонанс крена Типы движений  рад.  проход захват  min *  max  t,сек движение в малой 0 50 100 150 200 окрестности центра 20
  • 21. 4. Возмущенное движения Устойчивость резонанса Замена переменных    *   ,    *   ,    d  / d ,  *  0  (37) Уравнения возмущенного движения в окрестности центра   * d  d      G (  * , z ),   2 (  * , z )   P(  * , z ), d d (38) dz   f z ( * , z) d Q Q Q где G (  , z )    f z (  * , z ),  2 (  * , z )  0 (39) * /    z      *   * Функция Ляпунова VA 2    22 2  21
  • 22. 4. Возмущенное движения Влияние резонанса на движение КА   гр ад 150 устойчивы й резонанс 125 неустойчивы й резонанс 100 75 50 проход 25 безрезонансное движ ение h,км 0 65 45 25 5  к  /с 11 безрезонансное движ ение проход 10 9 8 7 6 неустойчивы й резонанс 5 4 устойчивы й резонанс h,км 65 45 25 5 22
  • 23. 4. Возмущенное движения 4.4. Особенности возмущенное движение КА с бигармоническим моментом Бигармонический момент Фазовый портрет m  , t   a  t  sin   b  t  sin 2 Три положения равновесия:  *  0,  *  0, *   Три области существуют, если W   u*1   W   u*2   0 (40) где u*1 , u*2 корни уравнения W   u   0 (41) 23
  • 24. 4. Возмущенное движения A0-stable; A1,A2 - unstable A0-unstable; A1,A2 - stable A1,A2 – stable if    E ( z )  W* or f*  0 (42) A0 – stable if    E ( z )  W* or f*  0 (43) E - average value of the total energy, calculated in neighborhood separatrix W* - value of the potential energy, calculated at the saddle point u=u*     f  f (u , z )  2(1  u 2 )[ E ( z )  W (u , z )]  O( 2 ) (44) * * * * 24
  • 25. 4. Возмущенное движения E ( z )  W  m , z  (45)    m - the amplitude value of the angle of attack The derivatives by virtue of the averaged equations  W W W E ( z)  m    z  F ( m , z )   m    z  (46)    m z   m z   m  W W (* , z )  z  (47) z  * The criterion of stability of the disturbed motion in neighborhood the separatrix m W (48)   F ( m , z )   m   z  z * A1,A2 – stable if 0 (49) A0 – stable if 0 (50) 25
  • 26. 4. Возмущенное движения At the moment of time t* the phase trajectory intersects the separatrix. Areas A1 and A2 are stable, therefore the system can continue the further motion both in area A1, and in area A2.
  • 27. 5. Хаотические колебания КА Хаотическое поведение асимметричного тела с бигармоническим моментом (классическая постановка) Новые обозначения: угол нутации    , моменты инерции A  I x , B  I y , C  I z ,  обобщенные импульсы p  I x , p  I x R, p  I xG. Малый параметр    B  A / A (51) Гамильтониан: H  H 0   H1  O( 2 ) (52) p  p  p cos   2 2 2 p где H 0     a cos   b cos2  (53) 2A 2 A sin 2  2C  p  p cos   cos   p sin  sin   2 H1     (54) 2 A sin  2 Канонические уравнения H H qi   pi , pi    qi  , qi   ,  , , pi  p , p , p  (55) 27
  • 28. 5. Хаотические колебания КА Невозмущенная система   0  H  H0   p , p     p  p cos   p  p cos      a sin   b sin 2 , A A sin 3  (56) p  p  p cos   cos   p  p cos  , p , p  co nst    ,    C A sin 2  A sin 2  Случай Эйлера: a=0, b=0. Случай Лагранжа: a>0, b=0. Гомоклинические (сепаратрисные) траектории 4 cos  ( j ) (t )  u0  , j  1, 2 2   (4   )C j exp(t )  C j exp( t ) 2 1 (57) 28
  • 29. 5. Хаотические колебания КА Функция Мельникова   H 0 H 0 H 0  ( j ) M j  t0     g p  g  g p   (t  t0 ), p (t  t0 ), p ,   t  t0   dt  ( j) ( j)    p  p  (58)    0 , p   g p  ( j ) (t  t0 ), p ( j ) (t  t0 ), p ,  ( j )  t  t0  dt  Функция Мельникова для областей А1 и А2 где H1 H H1 g  , g p   1 , g  p  p 29
  • 30. 5. Хаотические колебания КА Сечения Пуанкаре Инерционная асимметрия Инерционная асимметрия  0   0.01 30
  • 31. 5. Хаотические колебания КА Сечения Пуанкаре Инерционная асимметрия   0.05 Перетекание хаотических траекторий 31
  • 32. 6. Хаотические колебания КА с подвижным центром масс Центр масс КА перемещается вдоль оси симметрии xc  ( xc )0  xc sin(t ) (59) Уравнение движения КА    G  R cos   R  G cos    a sin   b sin 2  sin  3 (60)   ( a sin   b sin 2 ) sin(t )   m ( ) Система Мельникова     f1  g1 ,      G  R cos   R  G cos   / sin 3   a sin   b sin 2   (61)  (a sin   b sin 2 ) sin    1  sin     f 2  g 2 , 2    32
  • 33. 6. Хаотические колебания КА с подвижным центром масс Гомоклинические траектории 4 cos  ( j ) (t )  u0  , j  1, 2 (62) 2   (4   )C j exp(t )  C j exp( t ) 2 1 Функция Мельникова  M (t0 , 0 )   { f1[qi ) (t )] g2[qi ) (t ), t  t0  0 ]}dt  M (i )  M (i ) (i )  ( ( (63)   где M      i ) (a sin  i )  b sin 2 i ) ) sin(t  t0  0 )dt , (i ) ( ( (   (64) M     (1  sin  )( ) dt (i ) 2 (i )  (i ) 2   Условие отсутствие хаоса M(i )  M (i ) (65) 33
  • 34. 6. Хаотические колебания КА с подвижным центром масс Сечения Пуанкаре 34
  • 35. 7. Восстановление (идентификация) движения КА по результатам измерений 7.1. Общие положения интегрального метода (66) Вектор измерений: d  (d1 , d 2 ,.., d m ) Вектор расчетных значений: g ( )   g1 , g 2, ..., g m  (67) где    1,2, ..., l  - вектор определяемых параметров    N m Метод наименьших квадратов (МНК)   argmin   j d ij  g ij   2 (68)  i 1 j 1 Пусть известна совокупность независимых интегралов   H k ,d j  const, k  1,2,.. p; j  1,2,..m (69) или медленно меняющихся функций  dH k ,d j   O (70) dt Новый критерий оценки состояния  k  H k  , dij   H k  , gij    N p 2    arg min (71)  i 1 k 1   35
  • 36. 7. Восстановление (идентификация) движения КА по результатам измерений 7.2. Идентификация вращательного движения КА на орбитальном участке Измеряется угловая скорость x  d  u ,u ,u y z  (72)    x 0 ,  y 0 ,  z 0 , I x , I y , I z  (73) Вектор определяемых параметров Существует три первых интегралов, зависящих от угловой скорости  K x x   y K y   z K z  / 2  H1 , K x2  K y  K z2  H 2 , 2 (74) K x  K y   K z   H 3  где K  I     K x , K y , K z  - кинетический момент, , ,  - направляющие косинусы.  Новый критерий оценки состояния  k  H k  ,  uji   H k  ,  jip    , j  x, y, z N 2 2    arg min (75)   i 1 k 1  36
  • 37. 7. Восстановление (идентификация) движения КА по результатам измерений Пример Число измерений угловой скорости N=20 Математические ожидания и среднеквадратические отклонения оценок моментов инерции для различных интервалов измерения t  Метод наименьших квадратов Интегральный метод t 2 10 25 40 2 10 25 40 MIx 1.499 1.499 1.499 1.493 1.491 1.494 1.499 1.500 I x 0.011 0.009 0.437 0.571 0.082 0.063 0.092 0.074 MIy 5.627 5.619 6.477 7.007 5.604 5.604 5.612 5.605 I y 0.027 0.025 1.651 3.183 0.043 0.046 0.041 0.043 Преимущества интегрального метода: 1. Точность метода мало зависит шага измерения . 2. Для получения оценок не требуется большой объем вычислений. 37
  • 38. 7. Восстановление (идентификация) движения КА по результатам измерений 7.3. Идентификация вращательного движения КА при спуске в атмосфере  Измеряется угловая скорость и перегрузки d  x ,  y , z , nx , n y , nz  (76) Вектор определяемых параметров    x0 , D  (77) где x0 - вектор начальных условий, D - вектор параметров КА. Существует три медленно меняющиеся функции R  I x x , G 1 n  I x x nx   y n y   z nz  , (78) 1  n 1 c n   i 1 E  I x x  I  y  I  z2  q  i  x   2 2 2I   i 0 i  1  n    где E - кинетическая энергия. Новый критерий оценки состояния       N   argmin   R Riu  Rip   E Eiu  Eip  ~ 2 2 2  G Giu  Gip (79)  i 1     38
  • 39. 7. Восстановление (идентификация) движения КА по результатам измерений Пример Число измерений угловой скорости N=50 Математические ожидания и среднеквадратические отклонения оценок  запаса статической устойчивости m z для различных интервалов измерения t  t ,c 0.2 2.0 4.0 8.0 16.0 t ,c 0.011 0.105 0.221 0.421 0.842 M m  -0.0599 -0.0599 -0.0799 - - z  m  0.0006 0.0001 0.0306 - - z M ~ -0.0624 -0.0604 -0.0604 -0.0604 -0.0604 mz  ~ 0.0033 0.0011 0.0011 0.0010 0.0012 mz K m m  ~ 0.5264 0.6579 0.0696 - - z z Преимущества интегрального метода: 1. Точность метода мало зависит шага измерения . 2. Для получения оценок не требуется большой объем вычислений. 39
  • 40. Основные результаты опубликованы в следующих статьях • Асланов В.С. Пространственное движение тела в атмосфере, М:. Физматлит, 160 с., 2004. • Aslanov V.S. Spatial chaotic vibrations when there is a periodic change in the position of the centre of mass of a body in the atmosphere- Journal of Applied Mathematics and Mechanics 73 (2009) 179– 187. • Aslanov V.S. and Ledkov A.S. Analysis of the resonance and ways of its elimination at the descent of spacecrafts in the rarefied atmosphere - Aerospace Science and Technology 13 (2009) 224–231. • Aslanov V.S. Resonance at motion of a body in the Mars’s atmosphere under biharmonical moment - WSEAS TRANSACTIONS on SYSTEMS AND CONTROL, Issue 1, Volume 3, January 2008, (ISSN: 1991-8763), pp. 33-39. • Aslanov V. S. and Doroshin A. V. Influence of Disturbances on the Angular Motion of a Spacecraft in the Powered Section of Its Descent - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 46, No. 2, 2008, pp. 166- 171. • Aslanov V.S. Resonance at Descent in the Mars’s Atmosphere of Analogue of the Beagle 2 Lander - Proceedings of 3rd WSEAS International Conference on DYNAMICAL SYSTEMS and CONTROL (CONTROL'07), Arcachon, France, October 13-15, 2007, 178-181. • Aslanov V. S. and Ledkov A.S. Features of Rotational Motion of a Spacecraft Descending in the Martian Atmosphere - Cosmic Research ISSN 0010-9525, 2007, Vol. 45, No. 4, 331-337. • Aslanov V. S. Doroshin A. V. and Kruglov G.E. The mothion of coaxial bodies of varying composition on the active leg of descent - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 43, No. 3, 2005, pp. 213-221. 40
  • 41. Основные результаты опубликованы в следующих статьях • Aslanov V. S. The motion of a rotating body in a resisting medium - Mechanics of Solids, 2005, vol. 40, no2, pp. 21-32. • Aslanov V.S. and Timbyi I.A. Action-angle canonical variables for the motion of a rigid body under the action of a biharmonic torque - Mechanics of Solids, Vol. 38, No. 1, pp. 13-23, 2003. • Aslanov V. S. and Doroshin A. V. Stabilization of a Reentry Vehicle by a Partial Spin-up during Uncontrolled Descent - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 40, No. 2, 2002, pp. 178-185. • Aslanov V. S. and Myasnikov S. V. Analysis of Nonlinear Resonances during Spacecraft Descent in the Atmosphere - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 35, No. 6, 1997, pp. 616-622. • Aslanov V. S. and Timbay I. A. Transient Modes of Spacecraft Angular Motion on the Upper Section of the Reentry Trajectory - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 35, No. 3, 1997, pp. 260-267. • Aslanov V. S. and Myasnikov S. V. Stability of Nonlinear Resonance Modes of Spacecraft Motion in the Atmosphere - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 34, No. 6, 1996, pp. 579-584. • Aslanov V. S. and Timbay I. A. Some Problem of the Reentry Vehicles Dynamics- Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 33, No. 6, 1995. • Aslanov V.S. Nonlinear Resonances of the Slightly Asymmetric Reentry Vehicles - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 30, No. 5, 1992. • Aslanov V.S. Definition of Rotary Movement of a Space Vehicle by Results of Measurements - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 27, No. 3, 1989. • Aslanov V.S. Two Kinds of Nonlinear Resonant Movement of an Asymmetric Reentry Vehicle - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 26, No. 2, 1988. • Aslanov V. S. and Boyko V.V. Nonlinear Resonant Movement of an Asymmetric Reentry Vehicle - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 23, No. 3, 1985. 41
  • 42. Основные результаты опубликованы в следующих статьях • Aslanov V. S., Boyko V.V. and Timbay I. A. Spatial Fluctuations of the Symmetric Reentry Vehicle at Any Corners of Attack - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 19, No. 5, 1981. • Aslanov V. S. Definition of Amplitude of Spatial Fluctuations of the Slightly Asymmetric Reentry Vehicles - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 18, No. 2, 1980. • Aslanov V. S. About Rotary Movement of the Symmetric Reentry Vehicle - Cosmic Research ISSN 0010-9525, Vol. 14, No. 4, 1976. 42