Подход к определению параметров системы путем объединения апостериорных данных Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Подход к определению параметров системы путем объединения апостериорных данных

о см о см

со

о ш т

X

<

т о х

X

Карапетян Тигран Сергеевич,

старший преподаватель кафедры 101 ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», МАИ, karapetyantigr@yandex.ru

Дикий Владимир Васильевич,

старший преподаватель кафедры 402 ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», МАИ

Бирюкова Анна Константиновна,

студент кафедры 402 ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», МАИ, nusy1296@yandex.ru

Ежегодно большинство ведущих держав осуществляет запуски космических аппаратов для решения различных задач. Орбиты и цели запусков могут кардинально различаться. В то же время все стремятся повысить точность оценки функционирования системы управления ракет-носителей. Для повышения точности системы управления необходимо проводить множество исследований, но наибольшую адекватность можно получить только в результате натурных испытаний. Подготовка к старту ракеты-носителя очень трудоемкий и финансово затратный процесс, поэтому обеспечить достаточную статистическую выборку по натурным испытаниям не может себе позволить ни одно государство. Предложенная методика позволяет объединить неоднородную информацию в результате реальных пусков различных ракет-носителей в одни общие статистические данные натурных летных испытаний и использовать их для повышения точности оценки технических характеристик системы управления летательных аппаратов.

Ключевые слова: технические характеристики, система управления, ракета-носитель, отделяющиеся части.

Введение

Современный этап развития ракетно-космической техники связан с развитием систем управления (СУ) различных объектов управления. Основными из них, применительно к воздушно-космическим силам, являются ракеты-носители (РН).

СУ РН должна обеспечивать устойчивость движения РН при воздействии ветровых возмущений и других случайных параметров атмосферы, а также снижать нагрузки на корпус РН путем формирования траектории полета с минимально возможными углами атаки (скольжения). Требования по управляемости и ограничению углов атаки (скольжения) РН обеспечиваются при достаточно жестких ограничениях, накладываемых на величины скорости ветра и градиента скорости ветра.

На процесс функционирования СУ большое влияние оказывают случайные возмущения, вызванные шумами в деталях, отклонениями конструктивных параметров от их расчетных значений, а также профили ветра, давление, температура воздуха и другие случайные параметры, которые можно получить по результатам зондирования атмосферы в районе космодрома.

Показатели эффективности являются ее количественными характеристиками СУ, а критерии эффективности формулируют условия, которым должны удовлетворять значения показателей эффективности и являются мерой, количественно выражающей степень достижения требуемых значений этих показателей.

Точность апостериорных данных, полученных по результатам натурных испытаний намного выше результатов моделирования, однако пуски, проводимые с одинаковыми (близкими по параметрам) полезными нагрузками и проводимые в равных (почти равных) условиях встречаются очень редко.

Для оценивания исследуемых параметров СУ РН по ограниченному объему неоднородной статистической информации необходимо объединить результаты данных, полученных в ходе натурных летных испытаний в одну совокупность. Это позволит значительно повысит точность оценивания технических характеристик (ТХ) СУ. Так как натурные испытания, а именно запуски ракет-носителей (РН) производятся редко, (см. таблицу 1), причем РН и области ее выведения различны (за рассматриваемый период, а именно за 2018-2019 годы с космодрома «Плесецк» совершено всего 10 пусков из них: (4 РН Союз-2.1б/Фрегат, 3 Рокот/Бриз-КМ и по одному - Союз-2.1в, Союз-2.1б, Союз-2.1в/Волга), поэтому объединение всех результаты натурных испытаний за год позволит значительно повысить выборку данных и тем самым повысит точность оценки ТХ СУ.

Таблица 1

Периодичность запусков РН с космодрома «Плесецк» за 2018-2019 годы

№ п/п Дата запуска Название РН Название КА Назначение

1. 29.03.2018г. Союз-2.1в Космос-2525 В интересах МОРФ

2. 25.04.2018г. Рокот/Бриз-КМ Sentinel-3 Научное

3. 25.10.2018г. Союз-2.1б Лотос-С №3 В интересах МОРФ

4. 03.11.2018г. Союз-2.1б/Фрегат Глонасс-М № 48 В интересах МОРФ

5. 30.11.2018г. Рокот/Бриз-КМ Родник В интересах МОРФ

6. 27.05.2019г. Союз-2.1б/Фрегат Глонасс-М № 48 В интересах МОРФ

7. 10.07.2019г. Союз-2.1в/Волга Космос-(2535-2518) В интересах МОРФ

8. 30.07.2019г. Союз-2.1б/Фрегат Прогресс МС-12 В интересах МОРФ

9. 30.08.2019г. Рокот/Бриз-КМ Гео-ИК-2 №13Л В интересах МОРФ

10. 26.09.2019г. Союз-2.1б/Фрегат Тундра №13Л В интересах МОРФ

Рисунок 1 - Рассеивание точек падения ОЧ РН при пусках в различных условиях

ского ожидания м и ковариационнои матрицы к

ДТ, Д'-Р1

вектора рассеивания точек падения ДТ,.

Анализ этоИ задачи показывает, что она может быть разделена на две части:

- задачу пересчета (приведения) реализации

ДТ у е 1,/ , вектора рассеивания ДТ2 к первым

условиям запуска РН;

Задача приведения результатов к единым условиям уже решалась, и она сводится к определению оператора приведения (матрицы приведения), к сожалению, его точность была не очень высокой, поэтому повышение точности решения задачи приведения позволит в целом повысить точность решения задачи оценивания неизвестных характеристик.

- задачу оценивания характеристик рассеивания

М - и к

ДТ

ДТ,

в первых условиях по статистическим

Результаты, представленные в таблице 1 возможно объединить и использовать при расчетах как общую статистическую информацию.

Содержание методики

По результатам реальных пусков РН (таблица 1) получены отклонения координат точек падения ЦБ от расчетных значений. В первых условиях (РН Союз-

2.1в) произведено I, пусков, результаты которых представим в виде ДТ1у, У е 1,/,, а во вторых условиях (Рокот/Бриз-КМ) - /2 пусков с результатами ДТ2у, у е 1,/2 (рисунок 1).

Требуется по имеющейся разнородной информации, то есть выборкам ДТ1у, Уе1,/,, и

ДТ2у, уе1,/2, оценить район падения ЦБ в первых

условиях пусков РН, то есть найти оценки математиче-

данным о рассеивании координат точек падения, полученным в результате пусков РН в первых и вторых условиях.

Для решения 2 задачи существуют классические методы оценивания вероятностных характеристик, которые основаны на использовании однородной информации:

- метод максимального правдоподобия;

- метод моментов;

- метод наименьших квадратов;

- и др.

Разработаны методы апостериорного оценивания (опытные результаты и результаты моделирования (априорные):

- метод Байеса;

- комбинированный метод, разработанный Пугачевым В.Н.;

- и ряд других.

Однако все они предполагают наличие однородной информации (полученной в одних условиях) и требуют выполнение схемы испытаний Бернулли. В нашем же случае условия пусков изменяются, поэтому классические методы нуждаются в дальнейшей доработке.

Поскольку на движения РН и ОЧ после ее отделения от РН оказывает влияние большое число возмущающих факторов, имеющих, в основном, случайную природу, то при проведении реальных пусков Оч могут попасть в специально отведенные районы лишь с некоторой вероятностью. Поэтому параллельно с оцениванием фактических районов падения ОЧ очень важной задачей является оценивание вероятностей того, что ОЧ приземлятся именно в заданных районах, а не за их пределами. Эти вероятности позволяют оптимизировать расходы на выведение КА и найти баланс между затратами, связанными с устранением последствий падения ОЧ за пределами отведенных районов, и расходами на доработку составных частей РН, гарантирующими приземление ОЧ в этих районах.

Выводы

В процессе пусков РН невозможно обеспечить полную идентичность условий их проведения из-за отличий точек старта, полезных нагрузок, алгоритмов управления. Поэтому получаемая статистическая информация о рассеивании точек падения ОЧ на местности является неоднородной. Это затрудняет примене-

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м о

ние классических методов оценивания характеристик разброса ОЧ.

Предложенная методика позволяет повысить точность определения районов падения и оценить вероятность попадания ОЧ в специально отведенные районы за счет совместной обработки всей имеющейся статистической информации, полученной в процессе пусков РН.

Литература

1. Кудин Г.И., Насонов В.П. Теория полета ракет-носителей. - М.: МО РФ, 1994. - 736 с.

2. Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика летательных аппаратов. - М.: Наука, 1982. - 352 с.

Approach to determining system parameters by combining posterior data

Karapetyan T.S., Dikiy V.V., Biryukova A.K.

Moscow Aviation Institute (National Research University), MAI

Annually, most leading powers carry out launches of space vehicles to solve various problems. The orbits and targets of launches can be drastically different. At the same time, everyone is trying to improve the accuracy of the assessment of the functioning of the carrier rocket control system. To increase the accuracy of the control system, it is necessary to carry out a lot of research, but the greatest adequacy can be obtained only as a result of full-scale tests.

Preparations for launching a launch vehicle are a very laborious and financially expensive process, therefore, no state can afford to provide sufficient statistical sampling for field tests. The proposed methodology makes it possible to combine heterogeneous information as a result of real launches of various carrier rockets into some general statistical data of field flight tests and use them to improve the accuracy of the assessment of the technical characteristics of the aircraft control system.

Key words: technical characteristics, control system, launch vehicle, separating parts.

References

1. Kudin G.I., Nasonov V.P. Theory of flight of launch vehicles. - M

.: MO RF, 1994 .-- 736 p.

2. Sikharulidze Yu.G. Ballistics of aircraft. - M .: Nauka, 1982.- 352 p.

о

CN О СЧ

PO

О Ш

m x

<

m о x

X