Космонавтика

тренировка по пилотированию тренировка по пилотированию

He is intelligent, but not experienced. His pattern indicates two-dimensional thinking.

Основные задачи курса:

  1. Овладение основами орбитальной механики;
  2. Освоение принципов планирования и оптимизации траекторий;
  3. Обучение навыкам ручного пилотирования и стыковки космических кораблей (на симуляторе);
  4. Изучение специализированного программного обеспечения, аналогичного используемому в NASA.

Целевая аудитория курса:

Любители космонавтики и все желающие разобраться, как работает космическая техника, прокладываются траектории, строятся планы полета.

Содержимое курса:
Две общих лекции по 80 минут, три лекции для участников секции по 80 минут. 12 часов практических занятий в течение трех дней.
  1. Основы орбитальной механики
    Теория. Понятие орбиты. Параметры орбиты. Виды орбит. Орбитальные маневры: компланарные и пространственные. Траектория полета между несколькими небесными телами. Приближение сшитых конических сечений.
    Практика. Система координат, связанная с вектором орбитальной скорости. Переход между двумя орбитами: двух и трех импульсная схема. Переходная орбита Гомана. Рандеву и стыковка космических аппаратов.
  2. Планирование и оптимизация траекторий
    Теория. Космический полет, как набор событий. Виды событий. Переменные оптимизации. Граничные условия для оптимизации. Функции оптимизации. Выбор результата оптимизации. Что делать, если решение не сходится.
    Практика. Расчет маневров для рандеву космических аппаратов. Расчет поправки для компенсации гравитационных потерь при переходе от импульсных маневров к маневрам с конечной тягой и низкой тяговооруженностью. Планирование маневра перелета между планетами. Разбиение одного большого маневра на последовательность из нескольких меньшей величины.
  3. Пилотирование космических комплексов в симуляции
    Теория. Физическая модель в симуляции. Системы координат и основные параметры техники и ее компонент. Алгоритм выполнения маневра сближения с целью.
    Практика. Расположение приборов в виртуальных кабинах. Режимы многофункциональных дисплеев и как ими пользоваться. Схема управления с контроллера. Режимы работы системы автоматической ориентации. Построение ориентации для выполнения маневра в автоматическом и ручном режиме. Индикатор положения стыковочного порта цели (DPAI) и стыковка с его помощью. Посадка на твердую поверхность в ручном режиме. Программы автоматической посадки и взлета.
  4. Основы ракетной техники
    Теория. Движение тела переменной массы. Формула Циолковского. Силы, действующие на ракету. Устройство ракетного двигателя. Сопло Лаваля. Типы двигателей и движителей для космической техники: химические ракетные двигатели, ядерные рактеные двигатели, электро-реактивные двигатели, солнечные и магнитные паруса.
    Практика. Расчет первой космической скорости. Расчет массы ракеты, необходимой для вывода полезной нагрузки заданной массы на опорную орбиту.
  5. Симуляция космического полета и ЦУПа: как это работает
    Теория. Задачи и обязанности участников симуляции. Роли участников ЦУПа (руководитель полета, главный оператор, баллистики, группа ресурсов, секретарь). Роли в экипаже (командир экипажа, пилот орбитального корабля, пилот лунного корабля). Контур обмена информацией в ЦУПе, экипаже и между ними.
    Практика. Типовые ситуации в полете: выполнение маневра, коррекция курса. Фразеология и правила радиообмена. Важность культуры общения и поддержки эмоционально-психологического состояния экипажа.

Для того, чтобы выполнить главную задачу Летней Космической Школы: провести симуляцию исследовательской экспедиции в неизведанной планетной системе, участникам будет нужно изучить, как прокладывают маршруты для космических кораблей в космическом пространстве. Навигация в космическом пространстве сильно отличается от привычной ориентации в пространстве на Земле: космос - не океан, в нем нет «верха» и низа», а такие привычные нам понятия как «скорость», «направление», «расстояние» имеют другой смысл.

Разобраться в этом нам поможет орбитальная механика: наука о движении небесных тел под действием силы всемирного тяготения. Участники Школы узнают, что такое орбита, какими параметрами задаются размер, положение и ориентация орбит в простанстве, как изменять орбиту с помощью выполнения орбитальных маневров и как переходить с одной орбиты на другую, как перелетать с орбиты вокруг одного небесного тела к другому и от одной звезды к другой, что такое гравитационные маневры и регионы Лагранжа.

С полученными знаниями участники смогут освоить специализированное программное обеспечение для планирования и оптимизации траекторий космического полета. На нашей Школе мы используем пакет программ Kerpal Space Program Trajectory Optimization Tool (KSP TOT). В пакет входит большой набор утилит, которые позволяют выполнять полный цикл планирования космического полета: выбирать оптимальные пусковые окна (утилита Transfer Window Planner), рассчитывать оптимальную комбинацию маневров для стыковок и многое другое. Наиболее сложным и важным элементом станет программа «Архитектор миссий». Она позволяет представлять космический полет как сценарий, состоящий из набора событий, задавать на событиях переменные оптимизации и накладывать на различные события полета граничные условия. Затем для сценария выбирается функция оптимизации и запускается процесс оптимизации. В результате получается набор орбитальных манёвров, выполняя которые космический корабль может достичь желаемой цели. Подход, используемый в «Архитекторе миссий», аналогичен тому, что применяется в ведущем программном пакете Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) - NASA General Mission Analysis Tool.

Участники, наиболее хорошо освоившие KSP TOT, станут навигаторами в экипаже межзвездной экспедиции. На их плечи ляжет полная ответственность за выполнение главной миссии в условиях ограниченного времени полета, запасов для системы жизнеобеспечения и реактивной массы для двигателей корабля.