Управление космическими полетами. Часть 1

Ìîñêâà 2009

Допущено Учебно-методическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию
в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлениям
подготовки «Ракетостроение и космонавтика»
и «Гидроаэродинамика и динамика полета»

Óïðàâëåíèå
êîñìè÷åñêèìè
ïîëåòàìè

Â.À. Ñîëîâü¸â,
Ë.Í. Ëûñåíêî, Â.Å. Ëþáèíñêèé

×àñòü 1

Под общей редакцией Л.Н. Лысенко

УДК 629.786.2.05(075.8) 
ББК 39.62 
         С60 
Издано при финансовой поддержке 
Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям 
в рамках Федеральной целевой программы «Культура России» 

Рецензенты: 
кафедра «Информационно-управляющие комплексы» 
Московского авиационного института 
(государственного технического университета)  
(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. М.Н. Красильщиков);  
  д-р техн. наук, проф. В.И. Лобачев;  
д-р техн. наук, проф. В.Г. Кравец  
 
Соловьёв В. А. 
Управление космическими полетами : учеб. пособие :  
в 2 ч. /  В. А. Соловьёв, Л. Н. Лысенко, В. E. Любинский ; под 
общ. ред. Л. Н. Лысенко. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2009.  
ISBN 978-5-7038-3350-6(075.8) 
Ч. 1. – 476, [4]  c. : ил. 
ISBN 978-5-7038-3351-3(075.8) (ч. 1). 
Впервые в учебной литературе систематизированно изложены теоретические 
основы и научно-технические задачи управления полетами как 
пилотируемых, так и беспилотных космических аппаратов, выводимых на 
околоземные и межпланетные орбиты. В первой части  рассмотрены общие 
вопросы технологии управления, системно-теоретические основы построения 
автоматизированной системы управления и планирования космических 
полетов.  Во второй  показаны основные этапы и виды обеспечения 
управления космическими полетами на разных стадиях их подготовки и 
осуществления, рассмотрены прикладные аспекты адаптации контура 
управления полетами к решению целевых задач на борту космических аппаратов 
и орбитальных комплексов. Выполнен анализ проблем управления 
полетами перспективных космических аппаратов и показаны пути решения 
этих проблем. 
Содержание учебного пособия соответствует курсам лекций, читаемых 
авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов старших курсов и аспирантов, слушателей, адъюнктов и 
курсантов военных учреждений высшего профессионального образования.  
Может быть полезно специалистам в области управления космическими 
полетами, в том числе зарубежным, принимающим участие в выполнении 
совместных космических программ. 
                                                    УДК 629.786.2.05(075.8) 
                                                                                      ББК 39.62 

                                                                     © Соловьёв В.А., Лысенко Л.Н., 
                                                                          Любинский В.Е., 2009 
ISBN 978-5-7038-3351-3(075.8) (ч. 1) 
 © Оформление. Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3350-6(075.8)                             им. Н.Э. Баумана, 2009 

С60 

ПОСВЯЩЕНИЕ 

Трудно представить, как непросто приходилось творцам ракетно-
космической техники в 1950–1970-х годах. Понятия 
«жизнь» и «работа» были для них синонимами. О работе они 
помнили всегда, даже в редкие минуты отдыха. 
Они жили, как обычные советские люди, и только некоторые, 
самые яркие, удостаивались за свой труд почетных званий 
и высоких государственных наград, о наличии которых при их 
жизни было известно только близким да коллегам. 
Но они обладали огромной привилегией – знали, во имя чего 
жертвуют здоровьем, а в ряде случаев и жизнью. Оставаясь добровольными 
пленниками долга, они обеспечивали будущее своей 
Родины, опередив европейских и американских специалистов по 
большинству направлений наиболее наукоемкой области техники. 
Но несмотря на трудности, они были счастливыми людьми: их 
успехи, их небольшие победы позволили России стать ведущей 
державой в освоении космического пространства. 
 Те, кто пришел им на смену, работают в совершенно другой 
обстановке и с иной мотивацией. Тем не менее подавляющее 
большинство наших коллег не изменили себе, не польстились на 
возможность примкнуть к делающим большие и легкие деньги, 
не покинули России, не сменили скромных кабинетов НИИ, КБ и 
вузов, спартанскую обстановку испытательных лабораторий, 
полигонов и центров на роскошь и удобства престижных сегодня 
офисов коммерческих компаний и банков. 
Всем им, бескорыстным служителям нашего общего дела, 
знакомым и незнакомым, поставившим целью своей жизни сохранение 
и приумножение космического потенциала страны, научного 
и научно-технического наследия наших учителей и старших  
товарищей, посвящается эта книга. 
 
 
 

 

Предисловие титульного редактора 

 
4 

 
 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ  

Предлагаемая вниманию читателя книга представляет 
собой единственное в своем роде учебное пособие, авторы 
которого ставили перед собой цель максимально полно и 
системно изложить относительно новый и исключительно 
динамично развивающийся раздел космонавтики, получивший 
условное название «Управление космическими полетами». 

Начало его становления, как нетрудно догадаться, совпадает 
с началом космической эры, т. е. фактически с моментом 
запуска первого искусственного спутника Земли,  
а содержание и направленность всегда однозначно диктовались 
практическими нуждами. Знаменательной вехой, 
определившей пути современного развития этого раздела, 
стало появление пилотируемой космонавтики. 
Сегодня осуществление длительных околоземных орбитальных, 
а тем более межпланетных экспедиций просто  
невозможно представить без детальной проработки и решения 
всей совокупности задач управления космическими 
полетами. 
Данное пособие является результатом труда авторского 
коллектива, каждый из членов которого внес посильный 
вклад в его написание. Тем не менее следует отметить, что 
основной вклад, определивший замысел и содержание работы, 
принадлежит В.А. Соловьёву, обладающему уникальными 
возможностями проникновения в обсуждаемые 
проблемы как в качестве летчика-космонавта, входившего в 
состав третьего основного экипажа орбитального комплекса 
на базе пилотируемой станции «Салют-7» и первого  
основного экипажа ОПС «Мир», так и бессменного руководителя 
полетов ОК «Мир» и Российского сегмента международной 
космической станции.  

 

Предисловие  

 
6 

В 1989 г. в рамках специальности «Динамика и управление 
движением ракет и космических аппаратов» в МГТУ 
им. Н.Э. Баумана было начато обучение студентов по 
управлению космическими полетами на кафедре «Баллистика 
и аэродинамика» (ныне «Динамика и управление полетом 
ракет и космических аппаратов»). Для постановки соответствующих 
курсов удалось привлечь многих известных 
ученых-практиков, принявших  активное участие в учебном 
процессе: д-ров наук Н.М. Иванова, Б.С. Скребушевского,  
В.В. Ивашкина, М.Ю. Беляева, Ю.Л. Кузнецова, Ю.Н. Разумного, 
В.В. Бетанова, В.Е. Любинского и др. Единственным 
курсом, на который не удавалось найти преподавателя 
нужной квалификации, оставался в течение длительного 
времени центральный, в определенном смысле стержневой 
курс – «Планирование и оперативное управление пилотируемыми 
космическими полетами». 
Такой курс не читался в полном объеме ни в одном из 
вузов страны. В МВТУ им. Н.Э. Баумана попытка постановки 
близкого по содержанию курса предпринималась на 
кафедре «Проектирование ракет-носителей и крупногабаритных 
космических конструкций», возглавляемой в течение 
длительного времени сподвижником С.П. Королева, 
крупным советским ученым, чл.-корр. АН СССР, Героем 
Социалистического Труда, проф. В.И. Феодосьевым. В разные 
годы к осуществлению этой попытки в рамках чтения 
общего курса проектирования привлекались сотрудники 
НПО «Энергия» В.Г. Кравец и В.Е. Любинский – участники 
разработки общей концепции и непосредственного управления 
космическими полетами большинства орбитальных кораблей, 
аппаратов и станций, созданных в объединении.  
Содержанию курса частично соответствовал материал, 
опубликованный в их монографии «Основы управления 
космическими полетами» [44], отражавший сложившуюся на 
тот период времени практику управления полетами (что, 
очевидно, было достаточным для специалистов-проектировщиков 
и конструкторов ракетно-космической техники), 
но не отвечавший на главные вопросы: как следует подходить 
к решению обсуждаемых задач, почему принято то или 

Предисловие  

 
7 

иное решение и какие резервы существуют и должны учитываться 
при совершенствовании методологии, средств и 
методов управления космическими полетами. Материал,  
изложенный в изданных примерно в те же и более поздние  
годы работах П.А. Агаджанова [1], Г.Ю. Максимова [64],  
А.П. Разыграева [86], А.С. Елисеева [28], В.Г. Кравца [45], 
авторского коллектива сотрудников ЦСКБ [41], возглавляемого 
Генеральным конструктором Д.И. Козловым, и других, 
где рассматривались как отдельные аспекты создания элементов 
бортового и наземного комплексов управления полетами, 
так и управления движением  космических аппаратов, 
также не содержал исчерпывающего ответа на поставленные 
вопросы. 
Приглашенным для постановки и чтения курса В.А. Со-
ловьёвым было подготовлено и выпущено в свет Издательством 
МГТУ им. Н.Э. Баумана несколько методических пособий [
92, 93], посвященных отдельным фрагментам обсуждаемой 
учебной дисциплины.  
Потребовалось, однако, более десяти лет, прежде чем 
был наработан достаточный материал, позволивший приступить 
к написанию учебного пособия, удовлетворяющего 
сформулированным выше требованиям. Отчасти этому способствовало 
появление в последние годы ряда работ, в том 
числе и учебных пособий для слушателей высших учебных 
заведений Министерства обороны – главным образом ВИКИ 
им. А.Ф. Можайского и ВА им. Ф.Э. Дзержинского (ныне 
ВА РВСH им. Петра Великого).  
Существенным импульсом на завершающем этапе  
работы над книгой послужила защита В.Е. Любинским  
докторской диссертации и его переход для работы по совместительству 
на профильную кафедру. При написании 
пособия был использован частично опубликованный в 
статьях В.А. Соловьёва (например, [16, 55, 63, 94, 95]) и его 
докторской диссертации материал, а также данные работ 
В.Н. Калинина [36–38], В.В. Бетанова [12–15, 97], приведенные, 
в частности, в разд. 2–4, Б.В. Соколова [91], авторских 
коллективов, возглавляемых Д.А. Ловцовым и  
Б.И. Глазовым [71, 83], В.Д. Бабишиным [3]. При написа-

Предисловие  

 
8 

нии разд. 6, 7 использованы результаты сотрудников РКК 
«Энергия» им. С.П. Королева кандидатов технических наук 
А.А. Коваленко, М.М. Матюшина и В.И. Станиловской. 
При этом материал излагается, естественно, с позиций собственного 
видения авторов настоящего пособия. 
Круг вопросов, освещаемых в предлагаемом учебном 
пособии, ограничивается в основном изложением проблем 
управления полетами пилотируемых и беспилотных аппаратов 
в околоземном космическом пространстве. Вопросы 
управления полетом перспективных пилотируемых межпланетных 
космических кораблей, имеющие определенную 
специфику, рассматриваются только в гл. 20 и 21.  
Хотя содержание книги базируется на исследованиях, отраженных 
в докторских диссертациях В.А. Соловьёва и  
В.Е. Любинского, что давало основание рассматривать ее как 
монографию, позднее авторы пришли к выводу, что более 
полезным будет издание имеющегося материала в форме 
учебного пособия, ориентированного на студентов. Выпуск 
такого пособия представлялся актуальным, прежде всего, в 
связи с началом целенаправленно ориентированной подготовки 
на кафедре в 2008/09 учебном году специалистов соответствующего 
профиля. 
В результате рукопись была подвергнута определенной 
ревизии. Вместе с тем отказаться от многого из написанного 
оказалось психологически сложно. Часть этих материалов 
носит сугубо теоретический характер, не получивший 
пока практического воплощения. Более того, в отдельных 
случаях они ориентированы на перспективу и для освоения 
требуют специальной математической подготовки.  Все же 
было решено оставить эти материалы для факультативного 
рассмотрения, выделив их в тексте петитом. 
Изложенными обстоятельствами объясняется и наличие 
в книге существенного количества ссылок на литературные 
источники, число которых превосходит обычно привлекаемое 
при написании учебной литературы. 
В силу того, что учебное пособие, учитывая его цели и 
задачи, не имеет аналога, в списке литературы, который к 
обеим частям учебного пособия приводится в каждой из час-

Предисловие  

 
9 

тей работы, звездочками отмечены работы, рекомендуемые в 
качестве основных для углубленного изучения лекционных 
курсов дисциплины. 
Большой вклад в совершенствование содержания учебного 
пособия внесли рецензенты – заслуженный деятель 
науки Российской Федерации, лауреат Государственной 
премии и премии СМ СССР д-р техн. наук, проф. 
В.И. Лобачев (ЦНИИмаш) и лауреат Государственной премии 
СССР д-р техн. наук, проф. В.Г. Кравец (РКК «Энергия» 
им. С.П. Королева), взявшие на себя труд внимательно 
ознакомиться с рукописью и сделавшие конструктивные 
критические замечания. Ряд пожеланий, учтенных авторами 
при доработке рукописи, был высказан и в отзыве кафедры 
МАИ «Информационно-управляющие комплексы» 
(зав. кафедрой, заслуженный деятель науки Российской  
Федерации д-р техн. наук, проф. М.Н. Красильщиков). 
Всем им авторы выражают искреннюю признательность. 
Авторы выражают благодарность ректору МГТУ  
им. Н.Э. Баумана академику РАН, проф. И.Б. Федорову за 
постоянное внимание к их работе и помощь в решении  
организационных вопросов по изданию пособия. 
Большую роль в подготовке книги к изданию сыграли 
Н.А. Шевелкина и Н.И. Аникеева, выполнившие компьютерный 
набор рукописи. 
Учебное пособие состоит из двух частей, содержащих  
восемь разделов, включающих 21 главу. В первую часть вошли 
разд. 1–3 (гл. 1–11), во вторую  – разд. 4–8 (гл. 12–21). 
В процессе работы над пособием авторы имели возможность 
выслушать пожелания и конструктивную критику многих 
признанных специалистов в данной области, что безусловно 
способствовало улучшению содержания пособия.  
Учитывая, что завершающий этап работы над пособием 
потребовал детального совместного обсуждения и поиска 
наилучших решений практически по всем рассматриваемым 
в нем вопросам, авторы сочли возможным считать, 
что они несут солидарную ответственность за все включенные 
в книгу материалы. 

Предисловие  

 
10

Авторам небезразлична оценка их работы коллегами, поэтому 
они будут благодарны всем, кто сочтет возможным 
высказать свое мнение о прочитанном. Замечания и пожелания 
просьба направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская 
ул., 5, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Авторы пытались написать интересную и полезную книгу, 
вложив в нее знания, накопленный опыт, стремление заразить 
читателя собственной увлеченностью предметом, 
наукой, которую они представляют. Насколько это удалось – 
судить читателям. 
 
Заслуженный деятель науки РФ, лауреат 
премии Президента РФ д-р техн. наук,  
профессор Л.Н. Лысенко