2020-05-11
74Тема 3
Современные требования к повышению общей эффективности исследований, в том числе и прямых исследований ближайшего околосолнечного пространства, предполагает планирование этих исследований. Исходя из существующего опыта проведения подобных исследований, предлагается разделить их на три этапа: разведывательный (предварительный) этап, основной этап и специальный этап. Причем каждому из этих этапов должны быть определены свои приоритеты критериев, принятых для оценки качества научных космических миссий. Для оценки качества миссий в ближайшее околосолнечное пространство предлагается использовать следующие критерии:
· критерий научной эффективности миссии;
· критерий надежности выполнения миссии;
· критерий суммарной стоимости миссии, включая затраты на разработку, производство, испытания и эксплуатацию;
· критерий продолжительности осуществления миссии, включая время на разработку, производство, испытания и эксплуатацию.
Многокритериальный отбор конкурентоспособных миссий из различных классов, существенно отличающихся схемами полета и составами космических комплексов, реализующих их, не может быть осуществлен в рамках одной замкнутой процедуры, поскольку имеет несколько уровней взаимоподчиненных факторов, влияющих на значения критериев. Обычно верхние уровни иерархического алгоритма оптимизации занимает выбор (фиксация) так называемых внешних факторов, определяющие облик варианта миссии (например, тип ракетоносителя, количество и последовательность гравитационных маневров у планет), а низкие уровни – внутренние факторы, к которым относятся различные проектно-баллистические параметры, а также управления движением и системами космического комплекса (например, даты совершения маневров, величины заправок разгонных блоков, управление вектором тяги электрореактивного двигателя).
В связи с этим, сначала оптимизация ведется в рамках отдельных классов миссий, для которых внешние факторы принимают конкретные фиксированные значения, а затем осуществляется совместное ранжирование наилучших представителей классов по указанным четырем критериям с учетом приоритетов, соответствующих трем этапам исследований (разведывательному, основному и специальному). В результате должны быть получены три группы конкурентоспособных вариантов миссии, соответствующие этапам исследований. И, наконец, на основании такого отбора могут быть сформулированы рекомендации по эффективной программе прямых исследований ближайшего околосолнечного пространства и Солнца.
Таким образом основной целью данного раздела является: синтез вариантов миссии в ближайшие окрестности Солнца, выбор из них наиболее конкурентоспособных вариантов и разработка рекомендаций по формированию программы прямых исследований ближайшего околосолнечного пространства и Солнца.
Внешними факторами, определяющими различные классы миссии, являются, в основном, две группы факторов:
· факторы определяющие варианты баллистических схем миссии;
· факторы определяющие различные варианты структуры космического комплекса, реализующего соответствующие варианты миссии.
Учитывая, что полет к Солнцу возможен по схемам: с использованием различных сочетаний гравитационных маневров у планет, с использованием различных типов двигателей (например, химических и электрореактивных) и различных энергоустановок (солнечных и ядерных), с использованием различных разгонных блоков (РБ) и ракет-носителей (РН), разной мощности (легкие РН, средние РН и тяжелые РН), - возникла необходимость в проведении разветвленной классификации вариантов миссий в ближайшие окрестности Солнца.
Синтез (генерирование) вариантов миссий в соответствии с классификацией возможных миссий к Солнцу представляет собой крупномасштабную задачу, сопряженную с построением дискретных областей достижимости ближайшего околосолнечного пространства, введенных автором [12]. Такие области, построенные в координатах критериев научной эффективности и продолжительности миссии к Солнцу, позволяют делать предварительный отбор вариантов в рамках определенного класса миссии для последующей более полной их оптимизации.
Несмотря на высокое внимание многих специалистов к проблеме синтеза и оптимизации межпланетных перелетов, большое разнообразие схем полета к Солнцу, предполагающих использование многократных гравитационных маневров у различных планет (Меркурий, Венера, Земля, Юпитер), и многократное применение электрореактивных двигательных установок потребовали разработки оригинальной методики и эффективных алгоритмов оптимизации по параметрам и управлениям движением КА для миссий, принадлежащих различным классам. Основными отличительными особенностями этих разработок являлась способность оптимизировать не только параметры и управление вектором суммарной тяги электрореактивных двигательных установок, но и параметры проведения многократных гравитационных маневров, а также возможность прямо учитывать многие фазовые ограничения на траектории межпланетного перелета. Это стало возможным в результате модификации и применения метода последовательной линеаризации Р.П. Федоренко для составных динамических систем, которые наилучшим образом позволяли моделировать и оптимизировать в целом многообразные межпланетные траектории с большим количеством фазовых ограничений.
