Программа по космонавтике - 2022

Программа секции включает изучение основ космонавтики, орбитальной механики, способов изменения орбиты, виды орбитальных маневров, принципы планирования и оптимизации траекторий космических аппаратов. Участники Школы узнают, что такое орбита, какими параметрами задаются размер, положение и ориентация орбит в пространстве, 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, 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. Подход, используемый KSP TOT, аналогичен тому, что применяется в ведущем программном пакете NASA General Mission Analysis Tool.

Лекции и практику будут вести специалисты из ИКИ РАН, РКК Энергия, НПО Лавочкина и других компаний, научных и образовательных учреждений.

Основные задачи курса:

Овладение основами орбитальной механики;
Освоение принципов планирования и оптимизации траекторий;
Планирование космических миссий с использованием двигателей с постоянной тягой;
Обучение навыкам ручного пилотирования и стыковки космических кораблей (на симуляторе);
Изучение специализированного программного обеспечения, аналогичного используемому в NASA.

Содержимое курса:

Планирование космических миссий

Основные и второстепенные цели космической миссии. Критерии выбора целей. Планирование и оптимизация траектории. Формирование технических требований к космическому аппарату. Итеративный процесс разработки.
Основы ракетной техники

Физические основы космического полета. Уравнение Циолковского. Основные компоненты ракеты. Силы, действующие на ракету в полете. Многоступенчатые ракеты. Варианты компоновки ступеней ракеты. Компоненты ракетного топлива. Устройство жидкостных ракетных двигателей. Твердотопливные ракетные двигатели. Обзор отечественных ракет-носителей.
Ядерная энергетика в Космосе

Обзор истории использования ядерных источников энергии на космических аппаратах. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Ядерные энергетические установки на советских и американских спутниках. Ядерные ракетные двигатели. Современные проекты ЯЭУ и ЯРД для космических аппаратов. Перспективы применения ЯЭУ для долговременных полетов и энергоснабжения наземных баз. Программа космического буксира "Зевс"
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.
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.
Архитектура межпланетных пилотируемых миссий

Теория. Орбитальные характеристики Земли и Марса. Классификация миссий по длительности. История планирования миссий к Марсу в советской (российской) и американской космических программах. План освоения Марса Вернера фон Брауна 50тых. Проект пилотируемой миссии ОКБ-1 60тых. Планы полета к Марсу в рамках программы Apollo Application Program. Проекты советских пилотируемых миссий 80тых годов. Проект РККЭ 1999 года. Проект Lokhid Martin 90тых. Современное состояние планов по полетам к Марсу.

Практика. Принципы планирования длительных космических полетов: выбор целей, наложение ограничений на бюджет массы, бюджет характеристической скорости, бюджет времени. Оценка массы пилотируемого комплекса с использованием уравнения Циолковского. Выбор типа энергетической установки и двигателя. Планирование траектории. Дизайн миссии как итеративный процесс. Использование Архитектора миссий из пакета KSP TOT и NASA GMAT для проверки реализуемости плана миссии.
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.

Секция космонавтики