Введение в ракетно-космическую технику. Учебное пособие. В 2 томах Том 2

Учебное  пособие  

Под общей редакцией 
доктора технических наук, профессора, 
заслуженного деятеля науки Российской Федерации 
Г.Г. Вокина

Рецензенты: 
Чобанян В. А.Роганов А. А.Космический аппарат –Пилотируемый космический аппарат – Научно-исследовательские 
космические 
аппараты.Спутники связи.Активные Пассивные Метеорологические искусственные спутники Земли.Централизованная система Автономная система cos i, 

эiапНавигационные ИСЗ. Геодезические ИСЗ.Спутники для изучения земных ресурсов.Космические аппараты для межпланетных  полетов. 

Угловой размер планеты или Солнца. r Rпr Rпr R¤Угол между центрами двух планет или планеты и Солнца. – 3. Угол между направлением на звезду и на центр планеты или на

центр Солнца. x"у", z" ух, у, x" = [(x –xп) –(у – уп) ] –(– п) у" = (x –xп)(у – уп) " = [(x –xп) –(у – уп) ] –(– п) ––Дальность до центра планеты. С r rРадиальная скорость относительно навигационной точки. Разность дальностей до двух орбитальных НТ. Компоновка КА – Распред

деление ма
ассы КА. 

Вибрационная устойчивость конструкции КА. Форма корпуса КА. Температурный режим и теплоизоляция. Конструкция ёмкостей (баков). Система аварийного спасения Обеспечение возвращения КК на Землю. абляционный щит, Стыковочный узел – – – – – ––– – – – 
– –
–– – – – –
–
– – – –
– ––– – ––– – 1 2

5 2 3 4 

I 13 9 1116 8 12 14 18 20 IIIV17 22 1
21 V 6
13 1
19 2 4 6 15 III10 Переходный отсекРабочий отсек.Орбитальная космическая станция «Мир» [1.4].- - Базовый
- й блок.- - - - - "Квант""Квант-2""Кристалл""Спектр"Стыковочный модуль "Природа"Международная космическая станция.conver

rter unitAmeric
can-to-Ru
ussian con
nverter un
Ru

nitussian-to
-American

n

Целевая аппаратура. Корпус КА. Система управления.Двигательная установка. Система терморегулированияРадиокомплекс.Энергетическая установка.
Автоматика системы энергопитания.Солнечные батареи.np

p
, п - р 
 Аккумуляторные батареи.3- серебр
ряно-цинк
Серебря

Топливн
ковые, яно-кадми
ные элем
4- иевие енты.2 - 
5- 6

6 –  Ядерные энергетические установки.
Гравитационная система ориентации.HАэродинамическая система ориентации. ст VS V
Электромагнитная система ориентации.новлен
Ориент

– – Систем

нных в ка
тация и с
мы ориен
арданном
стабилиз
тации с 
м подвесе
зация с п
упр помощь

е.омощью 
; 

ью инерц
газовых 
ионных м
сопл.маховико
ов, устакамаховмаховкамахов
махо
ка

маховв маховОриентация с помощью блока свободных гироскопов. Т

внутр солнотр собсоб молизл, 

солнвнутрсоботрмолизлсоботражательную, поглощательную и 
пропускательную способность. длинаволныTПассивные системы терморегулирования. внешАвнешземотрс1 –

Активн

Аs –6 – ные мето
–оды регул
3 –
–

лировани
– –ия темпе

4 – 8 – ературы 
–КА. Примечание: Радиационные пояса.Галактическое космическое излучение. H ii 
i сп m, 

т спт, ст ч
ч ст
стч - чст- ч ст
ст ч
ч   r r r =R r rVпарr
r =R dte
dv
dm
m
= F +
(v - v)
dt
dt
F ev e
0
 
v
v ln(m
m
 v, гарантийным.Во-первыхВо-вторыхч мин сексексекрад/сек.км/сек.
Фигура Земли. геоид.м. общего земного эллипсоида .ам;=
a -b
α=
a
b Референц-эллипсоидом ам, Гравитационное поле Землиi

fM
U
U
r
М,  U
r
fM ≈ ,  

r – n
e
n
n
n

R
U
J
P
r
r
, 
    φгц;  

Jn - Re.Pn (sinφгц)  

            Р0(х) = 1, Р1(х) = х, Р2(х) = (3х2-1)/2 , ...
2
n
n
n
n
1
d
P (x)=
(x -1)
2 n! dx
. 

Pn(sin, зональными гармониками. J2J3J4J2 –  J2e
R
 U
J
r
r

потен
циалом нормального поля.n
n
n
e
e
n
n
nk
nk
nk
n
n
k

R
R
U
J
P
P
C
k
S
k
r
r
r
nk
C  nk
S
Рnk ЭфемеридаR RRBLHаH BL O
O O O n
l
r
O
O1rO1lOY OX OYAстNOZ OxнсyнсzнсtфOx1y1z1Ox1 Oy1 Oz1 OxvyvzvOyv  Oxv  Ozv  OxyzOXYZZ

Y
X
P
N
R

z

y
x

S
RSNtP1
0
0

0
S
cos
S
sin
0
S
sin
S
cos
RS
St bx, by, bzb
b, 1, 1,
cos
cos
b
b
1
1
x
,
sin
cos
b
b
1
1
y
,
sin
b
b
1
z
,
b
b
b
b
2
z
2
y
2
x
,
2
0
,
b
b

b
cos
,
b
b

b
sin
1
2
y
2
x

x
1
2
y
2
x

y
1
.
2
2
,
b
b
sin
1
z
1
1xyxb
xyz1zxyv

v

v

M

Vz

Vy

Vx

;

Z

Y

X

M

Z

Y

X

m

m

m
0
sin
cos

cos
sin
cos
sin
sin
sin
cos
cos
cos
sin
M

m
m

m
m
m
m
m

m
m
m
m
m

V V V
m
m
m
m
m
X
Y
Z
B, L, HY
X

B
N
Z
arctg
B
L
B
H
N
X
2
2
Y
X

Y
arcsin
X
Y
arctg
L
;
L
sin
B
cos
)
H
N
(
Y
2
2
a
N =
,
-( α - α )sin B
аNB, L, HUTUTUT0UT1UT2UT1UTAТUTCUTCUT1ρdp = - ρgdh, 
 
 
 
      dp р dh;  
             g R T
p
M

R* = М Т ρ dh.h0 h, h gM dh
R T
p h
p

h
MT

M T
gM dh
R T
p h
0
p(h) М Т hстационарной сферической; 
суточный эффект h = полугодовой эффект. (вспышки) динамической R, полной аэродинамической силой, М, полным аэродинамическим моментом. RMR М Охv v 1Охv хRRxv XRxXαβX = CxqS,  Y = CyqS, 
X1 = CτqS,  Y = CnqS, 

V
q
S Cx Cy , CnαV
a
M Vl
Re
а – l – ν – βх хОх Ох1Cτ  = Cx cosα - Cysinα, 
Cn = Cx sinα + Cycosα. 

Cτ  ≈ Cx - Cyα, 
Cn ≈ Cx α + Cy. 

Cτ МRеCτCy Cn Х  Ох, ОуОz. МхМy1 МzVωхт 

хd М=CпqS(хт- хd).Мдемпфирующим, РРmg
К.Р m, и, ра , р SаРо=mи+(ра-р) S. 

Ро=mи+(ра-р0) SРо=mи+ра S.р0 РоP
P
mg
кг сек, Импульс последействияSbSbx
m
b
C S
S
g
m
x
C m
S
m g b
i
i
i
S
f t
S
const
при
t
t
t
i
OXYZj
j
X
j
X
X
X
X
j
j
j

X
X
X
X
V
b
b
g
D
F
P
r
r
j
j
Y
j
Y
Y
Y
Y
j
j
j

Y
Y
Y
Y
V
b
b
g
D
F
P
r
r
j
j

Z
j
Z
Z
Z
Z
j
j
j

Z
Z
Z
Z
V
b
b
g
D
F
P
r
r
X
X
V
Y
Y
V
Z
Z
V
Z
Y
X
V
,
V
,
V
,
Z
,
Y,
X
j
j
j
j
r
X
Y
Z
j
j
j
j
X
X
Y
Y
Z
Z
g
D FP Оxyzj
j
x
j
з y
з
x
x
x
x
j
j
j

x
x
x
x
v
b
b
v
x
g
D
F
P
r
r
j
j
y
j
з x
з
y
y
y
y
j
j
j

y
y
y
y
v
b
b
v
y
g
D
F
P
r
r
j
j
z
j
z
z
z
z
j
j
j

z
z
z
z
v
b
b
g
D
F
P
r
r
x
x
v
y
y
v
z
z
v
x
y
z
x y z v v
v j
j
j
j
r
x
y
z

j
j
j
j
x
x
y
y
z
z
x
r

y
m

z
l

g
g
g
g

g
g

x
zx
y
r
rr
r

y
zy
x
r
rr
r

z
r
r
r

x, y, z – j
j
j
j
j

r
r
r
R
b
r

jjD2
C
C
C
2
S
r
R= -K g
,
m Δ

КСSС m gСrx
m

x
x
C S
F
vv
m x
m
y
y
C S
F
vv
m x
m
z
z
C S
F
vv
m v xv y
v zv x
P
P
m
y
P zP Pt t0X0Y0Z0VX0VY0VZ0 φ(t)φ(t)Программа максимальной дальности φпд(t), φпд(t)Программа минимального рассеивания φпр(t), θк
φ(t),(t)(t)(t)(t). φ(t)(t)φ(t),(t)(t)(t) qqq 0,5qmахМψ(t)РномРРгарантийными запасамиТпТнномРабочие запасы Нерабочие запасы 2

2
3
d r
r
μ
dt
r
= r μ – r 

2
2
3
μ
d r
r ×
= (r ×r)
dt
r
2

2
×
+
d
dr
dr
dr
d r
(r ×
)=
r ×
dt
dt
dt
dt
dt d
dr
(r ×
)=
dt
dt
(r×v)=σ t = t0,  0
0
(r ×v )= σ r r
r  r векторным интегралом площадей. векторной константой площадей.r полярная  форма  интеграла  площадей.   tθ х . 00r
чем дальше КА от притягивающего центра, тем меньше угловая скорость КА tt Δt Р Р't  
t ΔtΔθΔSΔθΔSr2Δθ/2, S
r
t

t Δt → 0,2
dS
dθ
1
=
r
dt
2
dt dS/dtсекториальной скоростью Р O. dS
1
=
dt
2σ=const интеграл площадей означает, что секториальная 

скорость КА относительно притягивающего центра постоянна.t0 t1, t0 t1, 
второй закон Кеплера:Площадь, заметенная радиусом-вектором КА, пропорциональна вре
мени, в течение которого она заметена. за  равные  промежутки  времени  радиус-вектор  КА заметает равные площади. 
 r2
3
2

μ
d r
σ×
=(r×r)×r
r
dt
2
2
3
μ
d (r )= (r )
dt
r
2
d
d 1
(v )= μ
( )
dt
dt r 2
μ
- (
)= h
r
v
h ~ константой энергии. интеграла энергии v2/2 -μ/r=h/2.v2/2 μ/r полная энергия КА течение всего времени его движения остается постоянной.h tr0v0r v r vr(v∞), v∞h. h 2
2
3
μ
d r
σ×
= (r ×r)×r
dt
r
2
3
2

μ
d r
σ×
=[r(r×r)- r(r×r)]
r
dt
d
d r
(σ×r)+μ
( )=
r
dt
dt
r
σ×r + μ(
)=-λ
r
интеграла Лапласа. вектором Лапласа.вектор Лапласа ортогонален векторной константе 
площадей, σ× λ =
σ×r
σ×(σ×r)+ μ(
)=-σ×λ
r
r
0
1 1
2 2
3 3
σ λ +σ λ +σ λ =
вектор Лапласа всегда лежит в плоскости этой орбиты. 

r r×r
r×(σ×r)+μ(
)=-(λ×r)
r
2r
σ×(r×r)+μ(
)=-λrcosθ
r
θr 2
r(μ+λcosθ)=σ .

2 /
r=σ
(μ+λcosθ)2
σ / μ
1+(λ / μ)cosθ
r=
2
p= σ / με= λ / μp
1+εcosθ
r=
уравнение орбиты КА σ ≠ 0р, εθ 
первый закон Кеплера:«Траектория движения КА относительно притягивающего центра 

всегда представляет собой кривую второго порядка (эллипс, гиперболу, параболу), причем в одном из фокусов этой кривой находится притягивающий 
центр». 

2
2
2
λ = μ +hσ 1
2
2
2
h
)
σμ
ε=(1+

μ, σ, hε p  r  θ = 0: 

п
p
+ε
r =
П перицентром. Линией апсид орбиты КА О ПОП.0 <ε<1 θcosθθ1800r наибольшее rа a
p
- ε
r =
А апоцентром А, 
О, П θР истинной аномалией АПр, ε, а, b, с, rа, 
пr   abcОП, A
Ax, Ay
п
Aхуz y, Az плоскости
t. 

и его орби
П
 иты. П, ОAi j k . 

ОПtσ1, σ2, σ3σ1x + σ2y + σ3z = 0.р εσк, λк  (к = σ1λ1 + σ2λ2 + σ3λ3  = . 
 
 
σк, λк  к = t0 t 
μ σ1, σ2, σ3λ1λ2 , λ3 t0.элементами орбиты КА.Aху, lлинией узлов Aху, узлами  (z < 0) (z > 0), восходящим узлом, Ωнисходящим ʊΩA. π (0

A

размер

нак
0 ≤ ≤ 180

Aху, ры Ω –клонением
0).Ωε
ν м орбиты

Ω
εΩ, ʊA

до

ν A; ν

ы. Ωl олготой 
ор
ν Aх восходящ
ортом вн
форму, р напр
щего узла;
нешней но
Az авленную
; Ωормали ν
0

ю
0а. εрεа, положения плоскости AП, ωAΩ AП аргу
ментом перицентра ωAΩ AП. 
ωAП. ω02π (0 ≤ ω ≤ 360).tп, П.Ω, , ω, ε, р, t0 t. Е
sinE
t
t
a

Е θ  

2
sinE
- ε
- εcosE
sinθ=
Та:3/2
0
a
T =(t -t ) π
μ =0о, rp
k

μ
r
V =
исходных данныхF q
D
Dqq0T
D
F q
B D
F q
В it ii
i
i
d
f q q t
f q
di ti,. 
q0Bq0q0Bq0d  ,d – iq q i
i
n
q
q
x
i
i
b
0ii
i
i
i

i

q t
d
d
q
q t
q

i
q t
q

i=1,..mi

i

d
q t
i=1,...mj
j
i
i
j
i

i
i

q t
q t q
q
q t q

q
q

q0i i-яq0 q0ii-ойq0.0 Исходными даннымиРезультатами решения расчёта времени существования КАнецентральность поля притяжения Земли2
2
э
2
3
1
sin
1
μ
R
U =
+ J μ
(
ψ - )
r
r
r –  (Р),  
Ψ Rэ J2μ = fМп, Мп – Аху – Ах Аz – Ау Axyz А, э
R
U
J
r
Аξηζи, Ψsinψ = sinu sin. 
э
R
U
J
и sin
r
r∆ru γ ξrΔη = Δζ =1
U 1
U
1
1
Ф
U
U
U
=
r
r
э
R
Ф
J K
sin u sin
r
и иr ξ ζ r·и1
U 1
2
U
U
U
U
1
u
r u
r
Ф = э
Ф
J
sin
u sin
R
r
э
R
Ф
J
sin u sin
r
dΩ/dN Ω и = и = 2ππэ
d
R
J
cos
dN
p

э
d
R
J
dN
p
р, ε,τпериодические 1pdΏ/dNdω/dNδωзωзэ
J
cos
a
R
a
ωз+δωз0os°δωsωsδωsωзωsh=500δωзδωsωз ≈ ωs ≈ ωзωs ωвωз+ δωзωосвωs+ δωsа γ ωв э
осв
s
s
s
R
J
cos
a
a
Н = 50ωосвωsсолнечно-синхронными (гелиосинхронными). возмущающим фактороматмосфераx
x
m
V
R
C
S
2

Сх ρ Sm Rxt0r0V0t0, r0 V0орбиты семействаназывают оскулирующимиt0 немоделируемым ускорениямточности прогнозированияtкМаневром , переходной. импульснымхарактеристической скорости 
, 
ωк – ωнωкωн , 

н
к
н к
V
V
V
V V
i
Vн , Vк i маневров сближениязадачах спуска с орбиты-°°CKu


G/T
МГц
fпр
СМ NМГц
fпр
СМ МГцКГц
f
IQfМГцffМГцffМГцГ
Р Г
Р МГцУа)
             б) 

 
Н i  fпч fпч fпчfcк

кfпч
ч
Основные задачи, решаемые КС ГМО (ГФО): 
КА "Метеор" обеспечивает:  
Космическая система метеорологического обеспеченияКаждый космический комплекс включает в себя:
Наземный комплекс приема, первичной обработки и распространения
информации состоит из центров и пунктов приёма: 
КА производят съёмку и зондирование Земли и атмосферы: 
Антенная система (АС).Система управления антенной (СУА).Приемная система (ПС).Управляющий персональный компьютер (РС).Условия эксплуатацииинтегр

Оконечн

Аппарат

Ch
рацией сл
м
ное обору
(Data Te

тура кана
(D
Channel Se

лужб)модемудование 
erminal Eq
ала данны
Data Comm
eruis Unit/
Integrate

данных 
quipment)
ых.munication
t/ Data Se
ed Service

(ООД) ).ns Equipm
ervice Uni
es Digital N

(mainfram
ment)it),Network me compu
цифрова

uter),ая сеть с

с

общего

К

о пользов
стык.Канал свя
Цифрово

Аналого
Di
ванияязи.ойканал
выйкана
igital Netw
.ал.twork.Gen

коммути
neral Swit
ируемую т
tched Telef
телефонн
efone Netw
ную сеть
work.ь

 цифровая сеть с 
интеграцией службOpen 
Systems 
Interconnection)International Standards Organization).Под уровнем протоколсервис (услугу).Под протоколомПод сервисомформатом стыком, зависящим от среды,ми, не 

зависящи
ими от ср
устройст
редытвами пр
еобразова
ания сигна
аловстыка
р
репликац

ии. 
  Внутренние модемы.Преимущества внутренних модемов:  
Недостатки внутренних модемов:
Внешние модемы.Преимущества внешнего модема:  
Недостатки внешнего модема:  
Termin
nal Node C
Controller)
r)па
акетными
и контро
оллерами
(Nordic Mobile Telephone)(Global System for Mobile communication), (Co
ode Divisi
(Time D
ion Multip
ivision Mu
ple Access)
Multiple Ac

).ccess), –Первая область. Вторая область. Третья область. Четвертая область. Пятая областьШестая область …Седьмая область

Космодром 
 Наземный комплекс управления 
Состояние и основные направления развития НКУ.  .    Космические системы связи. «»Космические системы мониторинга.«»

Навигационные системы.«1»  Архитектура построения перспективных космических систем. Легкие панели солнечных батарей (СБ). Надувные конструкции.Микроэлектромеханические системы. Вычислительные средства. Системы управления КА. Энергодвигательные установки КА. Перспективные космические материалы. системсистемой ракетного  комплекса, ракетной системы.систему КА. 
космический комплекс – наземного специального комплекса космическую систему. Практическая полезность:  
целенаправленнойцелесообразнойЕдинство составных частей:  
Изменяемость во времени:  
заказчиковисполнителейструктуройТехническое заданиеТехническое предложениеЭскизный проектаван-проектТехнический проектстадии рабочего проектасертификациявнешним проектированиемвнутреннее проектирование 


х N,X. х проектными. X X X 
х*  Хf (х) х* = f (x).           
              хХ 
Хg(x)g i (x)i = , mg j (x)j = , lg (xX  декомпозиции проектирова

ния,  . Оху = 
= 
VкVкO 
x

y 

VAx

Aφ 

P