Основы движения космических аппаратов

Орбитой называется траектория движения летательного аппарата (тела) под воздействием притягивающего центра на основе закона всемирного тяготения. По орбитам движутся все небесные тела (звезды, планеты и их спутники, астероиды, кометы), а также космические аппараты и другие аппараты в свободном полете.

При движении космических аппаратов по орбитам на их траекторию оказывают влияние различные притягивающие центры (Земля, Луна, Солнце, планеты). Однако на каждом участке траектории какое-либо из этих небесных тел оказывает наибольшее влияние, т.е. является главным притягивающим центром для КА. Именно оно и определяет форму орбиты, ее параметры, а другие небесные тела за счет своего гравитационного поля, создают дополнительные воздействия на космические аппараты. Эти воздействия проявляются в искажениях формы орбиты либо в дополнительных скоростях, которые необходимо учитывать при выборе формы траектории и управлении полетом КА.

Форма орбит зависит от скорости разгона и расстояния от притягивающего центра и обычно представляет собой окружность, эллипс, параболу или гиперболу. Для аппаратов, часть полета которых проходит в атмосфере планет, орбита может менять свою форму за счет возникающих на аппарате аэродинамических сил.

При орбитальном полете возможно два вида движения: активное и пассивное (рис. 1.1).

На активном участке орбиты включен ракетный двигатель, создающий импульс тяги, поэтому КА может совершать управляемое движение в соответствии с величиной и направлением создаваемого двигателем импульса сил. Активный участок используется для изменения формы орбиты.

На пассивном участке полета двигатель выключен, и движение КА по орбите осуществляется строго в соответствии с законами всемирного тяготения и небесной механики.

Для исследования орбит КА в механике космического полета обычно используются геоцентрическая (совмещенная с центром Земли) или гелиоцентрическая (совмещенная с центром Солнца) системы координат.

На космический аппарат в орбитальном полете действуют прежде всего силы тяготения небесных тел, из которых одна из сил притяжения является главной. Поэтому движение КА можно рассматривать в центральном поле тяготения. Такое невозмущенное движение называется кеплеровым движением.