УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ПУСКА РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ "СОЮЗ-2" ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МЕТЕОЗОНДИРОВАНИЯ
DEVICE FOR ASSESSING POSSIBILITY OF LAUNCHING SOYUZ-2 SPACE ROCKET BASED ON WEATHER SURVEY RESULTS

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, в частности к бортовым устройствам оценивания возможности пуска ракеты космического назначения (РКН) «Союз-2» по результатам метеозондирования.
Актуальность данного изобретения определяется необходимостью оперативного и независимого принятия решения о пуске ракетоносителя, используя фактические параметры атмосферы, определенные в результате зондирования непосредственно перед пуском РКН.
Предпосылки создания изобретения:
Рассмотрение подходов к решению задачи определения возможности пуска РКН по фактическим параметрам атмосферы следует начать с уже используемых в ракетной технике устройств, альтернативных использованию устройствам для определения возможности пуска с учетом параметров атмосферы.
В настоящее время известно внешнее устройство, основанное на создании аналога системы управления (СУ) РКН, расположенное непосредственно на предприятии-изготовителе СУ РКН «Союз-2» в г. Екатеринбург. Фактические параметры атмосферы передаются туда, вводятся в качестве исходных данных в аналог СУ, рассчитываются параметры траектории выведения и сравниваются с допусками. По результатам этого сравнения делается вывод о возможности проведения пуска РКН. Этот подход имеет ряд недостатков, а именно: удаленность устройства, требующая устойчивых и безотказных каналов связи; зависимость от работоспособности предприятия-изготовителя; длительность принятия решения о пуске; наличие аналога дорогостоящей СУ.
В предлагаемом устройстве за счет небольшой доработки СУ РКН непосредственно на стартовом комплексе за минимально короткое время до пуска, используя данные метеозондирования, происходит расчет параметров траектории выведения, сравнение их с допусками и выдача результата о возможности проведения пуска.
Данные метеозондирования определяются представителем метеорологического отдела непосредственно перед пуском по форме: скорость ветра в метрах в секунду и азимут ветра в градусах в зависимости от высоты в диапазоне от 0 км до 20 км с шагом 1 км. Точность представления - целые числа.
Для оценки допустимости ветровых воздействий на РН при запуске вычисляются модули разностей проекций на оси 0Y1 и 0Z1 связанной системы координат фактических скоростей ветра по данным зондирования атмосферы и скоростей ветра, учитываемых при расчете бортового полетного задания. Вычисляются также соответствующие градиенты этих разностей.
Данные о систематических скоростях ветра, учитываемых при расчете бортового полетного задания, содержатся в запоминающем устройстве и представляют собой значения математических ожиданий скорости зонального скорости меридионального ветра в районе космодрома в соответствии с ОСТ 92-9704-95, и ограничений на величины разностей проекций фактических и учтенных при расчете бортового полетного задания скоростей ветра и градиентов изменения этих разностей по высоте.
Модули разностей между проекциями на поперечные оси РКН фактической скорости ветра и скорости ветра, учтенной при расчете бортового полетного задания, не должны превышать значений ограничений на величины разностей проекций фактических и учтенных при расчете бортового полетного задания скоростей ветра и градиентов изменения этих разностей по высоте, хранящихся в запоминающем устройстве.
Для толщины слоев 1 км модули градиентов изменения по высоте разностей проекций скоростей не должны превышать значений градиентов изменения разностей проекций фактических и учтенных при расчете бортового полетного задания скоростей ветра.
Разности проекций на поперечные оси РКН скоростей фактического ветра и ветра, учтенного при расчете бортового полетного задания, определяются по формулам
где  - разности проекций на оси OY1 и OZ1 связанной
системы координат скоростей фактического ветра и ветра, учтенного при расчете бортового полетного задания;
B
B
W=W(Н) - скорость фактического ветра;
B
B
A=A(Н) - азимут направления, откуда дует фактический ветер, отсчитываемый по часовой стрелке от направления на Север;
- скорость систематического зонального ветра, направленного с Запада на Восток, учитываемого при расчете бортового полетного задания;
- скорость систематического меридионального ветра, направленного с Юга на Север, учитываемого при расчете бортового полетного задания;
П
А - азимут пуска, отсчитываемый по часовой стрелке от направления на Север;
Н - высота;
ϕ=ϕ(Н) - программный угол тангажа;
ψ=ψ(Н) - программный угол рыскания.
В формулах определяются разности проекций скорости на «программные» связанные оси РКН. Устраняемый к 22 секунде полета начальный разворот РКН по крену, обусловленный отличием азимута плоскости I РН в момент старта от азимута пуска, и соответствующие распределения управляющих воздействий учитываются СУ РН.
i
Расчеты по формулам проводятся для узловых точек H, указываемых в метеосводке по результатам зондирования атмосферы.
Для точек Hi значения  определяются линейной интерполяцией.
Величины ϕ(Н) и ψ(Н) принимаются в соответствии с расчетной программной траекторией полета.
Значения углов задаются с точностью до 0,1°, высот - 0,1 км, скоростей - 0,1 м/с. Модули величин  сравниваются с соответствующими ограничениями по разности скоростей, хранящимися в запоминающем устройстве, которые также приводятся к узловым точкам Hi линейной интерполяцией.
i
Градиенты по высоте (GR(H)) разности проекции скоростей на поперечные оси OY1 и OZ1 рассчитываются по формуле
соответственно по осям OY1 и OZ1.
Для Н=0 градиенты не определяются.
Модули полученных градиентов  сравниваются с соответствующими ограничениями по градиентам, хранящимися в ЗУ, которые приводятся к узловым точкам линейной интерполяцией.
у
При выведении РКН в составе некоторых РКК могут предъявляться требования к характеристикам ветра по обобщенному критерию K, определяемому выражением
i
i-1
ΔН=H-H,
w
gr
где, M, M - масштабирующие делители по скорости и градиенту.
Проверка проводится для осей OY1 и OZ1.
w
gr
Требования к оценке допустимости ветра по обобщенному критерию на конкретные РКК, диапазоны высот контроля по обобщенному критерию Kу и значения масштабирующих делителей M, M хранятся в ЗУ и выбираются в зависимости от РКК.
В случае положительного результата проверки расчета ветрового поля и его соответствия всем критериям допустимости, устройство выдает положительную индикацию о возможности проведения пуска с учетом фактических данных метеозондирования.
При невыполнении условий допустимости характеристик ветра, происходит расчет бортового полетного задания, заключающийся в построении программной траектории выведения и анализ результатов расчета с количественными требованиями, предъявляемыми к расчету бортового ПЗ.
По результатам расчета, если эти контролируемые требования находятся в пределах контролируемых допусков, то устройство выдает положительную индикацию о возможности проведения пуска с учетом фактических данных метеозондирования. Если же данные требования выходят за пределы допусков, то устройство выдает отрицательную индикацию о возможности проведения пуска.
Такой подход по своим точностным характеристикам соответствует штатному определению допустимого ветрового поля, но значительно превышает его по скорости принятия решения о возможности осуществления пуска и исключает зависимость от сторонних организаций.
Финансовые затраты на производство устройства незначительны. Задачей изобретения является разработка устройства для оценивания возможности пуска ракеты космического назначения «Союз-2» по результатам метеозондирования.
Заявлено устройство для оценивания возможности пуска ракеты космического назначения «Союз-2» по результатам метеозондирования (блок 1), снабженное блоком приема информации (БПИ) (блок 2), выходы которого подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ) (блок 3), выходы которого соединены с блоком построения программной траектории выведения и анализа результатов расчета (блок 4), выходы которого соединены с блоком индикации о возможности проведения пуска (блок 5), представлено на фиг. 1.
В качестве арифметико-логического устройства (АЛУ) может выступать цифровой сигнальный процессор. В качестве блока приема информации (БПИ) может использоваться постоянное запоминающее устройство объемом до 4 Гб. В качестве блока построения программной траектории выведения и анализа результатов расчета может использоваться как штатная БЦВМ, установленная на борту РКН, так и отдельный независимый цифровой вычислительный комплекс. В качестве блока индикации о возможности проведения пуска может выступать любое световое и звуковое сигнализирующее устройство.
Техническим результатом изобретения является возможность оперативно принимать решение о пуске ракетоносителя, основываясь на фактических параметрах атмосферы, определенных в результате метеозондирования непосредственно перед пуском РКН, независимо от сторонних организаций, с условием минимальной доработки СУ РН и, как следствие, сокращения временных затрат на расчет допустимых ветровых характеристик и повышения возможности успешного выполнения задач РКН.
Требуемый технический результат достигается тем, что в едином устройстве совмещается получение фактических данных метеозондирования, с последующим расчетом допустимых ветровых характеристик и возможностью независимого анализа контролируемых параметров траектории, выполнение основной задачи пуска и выдача индикации о готовности РН к проведению пуска.
Таким образом, положительный эффект установки данного устройства заключается в:
- сокращении временных затрат на расчет допустимых ветровых характеристик;
- независимости расчета от сторонних организаций;
- в невысокой стоимости предлагаемого изобретения;
- в оперативности принятия решения о возможности пуска при переносах пуска на резервную дату старта, при задержках старта.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. ОСТ 92-9704-95. Математические ожидания скорости зонального ветра.
2. Под ред. В.И. Варфоломеева и М.И. Копытова. Проектирование и испытания баллистических ракет/ - М.: Оборонгиз, 1970. - 392 с., ил.
3. Н.И. Паничкин, Ю.В. Слекушкин, В.П. Шинкин, Н.А. Яцинин. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов: Учебник для средних учебных заведений / - М.: Машиностроение, 1986. - 344 с., ил.
4. Пенцак И.П. Теория полета и конструкция баллистических ракет: Учебное пособие для техникумов. - М.: Машиностроение, 1974. - 344 с., ил.