Клиначев Н.В.

Визуализация полёта космического аппарата к целевому объекту с включенной системой ориентации

3D-сцена. Визуализация полёта КА с СОиС

Данная веб-страница продолжает серию документов демонстрирующих программный код трехмерной визуализации движения космического аппарата (КА) и соответствующих систем управления. Выше по тексту на 3D-сцене представлено интерактивное изображение КА. После загрузки веб-страницы запускается встроенная в документ программа, написанная на языке JavaScript. КА изображен на фоне полётного трека. Если нажать на клавиатуре клавишу "F" (fly), то программа будет перемещать КА по треку. Обратите внимание это просто перемещение – автопилот не работает, маршевые двигатели не включаются. Но перемещение необходимо, чтобы менялось задание для системы ориентации. Программа инициирует расчёт движения КА, как твердого тела, вокруг центра масс, с целью приведения его в заданное угловое положение.

Алгоритм выполнения экспериментов следующий. После обновления веб-страницы программа запускается и генерирует задание на полёт (случайная выборка из шести вариантов). Необходимо нажать клавишу "F". Программа активирует перемещение по треку и включит систему ориентации КА. Скорость перемещения по треку завышена. Система ориентации не будет успевать решать свою задачу на поворотах. Для изменения скорости перемещения по треку следует воспользоваться клавишами "стрелка вверх", "стрелка вниз". По завершению трека – завершается программа. Для повторного запуска следует обновить веб-страницу.

Задание для системы ориентации формируется следующим образом. Чуть впереди от текущего положения КА вычисляются координаты двух точек принадлежащие треку полётного задания (кривой Безье). Имея отрезок в пространстве, программа вычисляет коллинеарный вектор единичной длины, выходящий из начала координат, и кватернион кратчайшего поворота к нему от вектора направления кривой Безье в точке старта полётного трека. Упомянутый кватернион кратчайшего поворота и есть задание для системы ориентации, которая разворачивает КА по касательной к треку с некоторым упреждением.

Инструкции к сохранению веб-страницы на локальном диске и к использованию интегрированной среды разработки браузера, [F12], (с целью изучения и отладки кода описанной программы), имеются в документе доступном по первой гиперссылке.

[КА: Собственное вращение] [КА: Контур скорости] [КА: Контур ориентации]
[КА: Отладка СОиС] [КА: Трек полёта] [КА: Полёт с СОиС]
[КА: Ручное пилотирование] [КА: Полёт с автопилотом] [КА: Автопилот без СОиС]

Выводы

  1. Выполнение маневров космическим аппаратом при прохождении трека полётного задания с высокой скоростью может привести к недопустимо большим ошибкам функционирования системы ориентации.
  2. Выполнение маневров космическим аппаратом при прохождении трека полётного задания с низкой скоростью характеризуется неоправданно большим расходом топлива двигателями системы ориентации.
  3. Система генерации трека полётного задания КА должна фиксировать и не менять ближайший фрагмент трека. Должна определять виражи с учетом текущей скорости полёта и динамики системы ориентации. Системе генерации трека допустимо разрешить менять уставки подчиненной системы ориентации.

2017.08.24