способ управления электропотреблением орбитальной группировки космических аппаратов с электрореактивными двигателями

Формула изобретения

Способ управления электропотреблением орбитальной группировки космических аппаратов с электрореактивными двигателями (ЭРД), включающий определение мощности электропотребления каждым из i-х бортовых потребителей полезной нагрузки (N _i), где i=1, 2, 3,..., I - общее число потребителей, установленных на j-x космических аппаратах, где j=1, 2, 3,..., - общее число космических аппаратов, входящих в орбитальную космическую группировку, определение k_j-x интервалов для проведения динамических режимов с использованием ЭРД для каждого j-го космического аппарата, где k_j=(1, 2, 3,...K) _j, определение мощности электропотребления Nd _j каждым из d_j-x ЭРД, где d _j=(1, 2, 3,..., D)_j - число указанных двигателей, установленных на каждом j-м космическом аппарате, отличающийся тем, что до начала одновременного проведения -ми космическими аппаратами, где -x динамических режимов, принадлежащих K _j, определяют электрическую мощность, потребляемую ЭРД на каждом -м космическом аппарате

,

где - число ЭРД, принадлежащих D_j, участвующих в проведении -го динамического режима на каждом j-м космическом аппарате, определяют электрическую мощность, потребляемую полезной нагрузкой на каждом из -x космических аппаратов при проведении динамических режимов на -х интервалах

,

где - число единиц полезной нагрузки, принадлежащих I-м бортовым потребителям полезной нагрузки, включенных на борту каждого -го космического аппарата при проведении -x динамических режимов, проверяют выполнение условий

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого -го космического аппарата при проведении динамических режимов на -x интервалах; -мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого -го космического аппарата при проведении динамических режимов на -x интервалах, и, если условия (1) выполняются, то осуществляют проведение -x динамических режимов, а если для какого-либо -го космического аппарата условие (1) не выполняется, определяют для него -й интервал, принадлежащий -м интервалам времени, для которого условие (1) выполняется, и осуществляют выполнение динамического режима на указанном интервале, а если условие (1) не выполняется для всех интервалов времени , то производят определение входящих в орбитальную группировку -x космических аппаратов-дублеров, равнозначных -м космическим аппаратам по функциональному назначению установленной на них полезной нагрузки, проверяют для каждого из -x космических аппаратов-дублеров выполнение условий обеспечения электропотребления при подключении к ним бортовых потребителей полезной нагрузки, равнозначных потребителям -х космических аппаратов

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого -го космического аппарата-дублера на -м интервале проведения динамического режима; -мощность электроэнергии, потребляемой переключенной частью потребителей полезной нагрузки с -го KA на -м космический аппарат-дублер на -м интервале проведения динамического режима; -мощность электроэнергии, потребляемой полезной нагрузкой -го космического аппарата-дублера на -м интервале проведения динамического режима; -мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого -го космического аппарата-дублера при проведении динамических режимов на -м интервале проведения динамического режима, и к тем -м космическим аппаратам-дублерам, для которых условия (2) выполняются, производят последовательные подключения тех потребителей полезной нагрузки, равнозначных потребителям -x космических аппаратов, которые обеспечены необходимыми запасами электроэнергии -x космических аппаратов-дублеров, до выполнения условий (1) на -x космических аппаратах, при этом осуществляют проведение динамических режимов -ми космическими аппаратами на -х интервалах, а при предельном выполнении условий (2) и одновременном не выполнении условий (1) производят последовательное отключение от необеспеченных электроэнергией -x космических аппаратов-дублеров бортовых потребителей полезной нагрузки, равнозначных i-м потребителям, установленным на -x космических аппаратах, до выполнения условия (1), при этом осуществляют проведение динамических режимов на указанных временных интервалах для -х космических аппаратов, далее управление электропотреблением орбитальной группировки производят последовательно вышеуказанным образом для космических аппаратов с более поздним началом времени проведения динамических режимов, используя -e космические аппараты в качестве дублеров при проведении последующих динамических режимов другими космическими аппаратами.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к управлению космическими аппаратами (КА), входящими в состав целевых орбитальных космических группировок.

Известен способ управления электропотреблением орбитальной группировки КА, см. [1], включающий определение мощности электропотребления бортовыми потребителями и определение интервалов для проведения динамических режимов.

При этом рассматривается управление системой спутников связи и вещания на эллиптических орбитах, эмулирующих характеристики системы спутников на геостационарной орбите.

В качестве целевой (полезной) нагрузки на борту спутников размещены космические станции, представляющие собой ретрансляционное (приемопередающее) оборудование с антеннами для приема и передачи радиосигналов.

Как правило, число (I) бортовых ретрансляторов, установленных на спутниках, известно заранее, еще до запуска спутников, где i=1, 2, 3, ..., I - общее число ретрансляторов (потребителей полезной нагрузки) в орбитальной группировке, с мощностью электропотребления каждого (N _i), см. [2]. Предоставляются также данные о j-м числе спутников в орбитальной группировке, где j=1, 2, 3, ....

Для случая, рассмотренного в [1], орбитальная группировка содержит, в частности, 4 спутника, эмулирующих две стационарные позиции, смещенные на 180° по долготе. В качестве примера для использования рассматриваются известные спутниковые системы "Молния", "Sirius", "Odyssey" и другие.

Периодически, для удержания заданных параметров орбит, производится их коррекция. Для этого используются химические жидкостные ракетные двигатели (ЖРД).

Управление электропотреблением каждого КА в орбитальной группировке производится как с учетом, так и без учета работающих ЖРД. При этом за счет мощности электроэнергии, производимой на борту каждого из указанных КА, покрываются любые пиковые токовые нагрузки.

Мощность потребляемой электроэнергии работающим ЖРД составляет в общем списке потребителей незначительную величину (десятки Вт) и затраты главным образом идут на работу систем подготовки и подачи ракетного топлива в камеру ЖРД (на работу электроклапанов, теплообменников-газификаторов для ракетного топлива и т.д.). Кинетическую энергию струи, истекающей из двигателя и создающей реактивную тягу, получают за счет преобразования химической энергии внутри камеры сгорания двигателя. Поэтому непосредственных затрат электроэнергии на создание реактивной тяги в ЖРД не производится.

Среди ЖРД наибольшую скорость истечения ˜ 4,5 км/с обеспечивают кислородно-водородные двигатели. Но она, однако, мала для продолжительных полетов КА, требующих больших значений "характеристических скоростей экспедиции...", для достижения которых требуются большие затраты массы ракетного топлива. Это и является главным недостатком в использовании ЖРД на КА, составляющих орбитальные космические группировки целевого назначения, так как продолжительность выполняемой ими программы полета напрямую зависит от бортовых запасов ракетного топлива.

Поэтому последнее время все большее применение на КА находят двигатели с большими скоростями истечения струи, для работы которых требуются внешние источники энергии.

Энергия в космосе (солнечная, ядерная) дешевле, чем масса, поэтому такой переход в большинстве случаев оправдан.

В качестве таких двигателей используются электрореактивные двигатели (ЭРД). В указанных двигателях подводимую к ним электрическую энергию преобразуют в кинетическую энергию струи, вытекающей из двигателя и создающей реактивную тягу.

Среди ЭРД наибольшее применение нашли стационарные плазменные двигатели (СПД) (см. [3]), в которых скорость истечения рабочего вещества составляет ˜ 15...30 км/с. Затраты массы рабочего тела на выполнение программы полета при этом могут быть в десятки раз меньше, чем при использовании ЖРД. Указанные двигатели обладают малой тягой от 25 до 330 мН, см. [2].

Поэтому динамические режимы, проводимые на КА с использованием в качестве исполнительных органов ЭРД, как правило, продолжительны по времени.

Известен способ управления электропотреблением орбитальной группировки КА с ЭРД, например геостационарных спутников связи (ГСС), при проведении многовитковых маневров в окрестности геостационарной орбиты, принимаемый авторами за прототип, см. [4]. Способ включает в себя определение электропотребления каждым из i-x бортовых ретрансляторов, установленных на j-x ГСС, входящих в орбитальную космическую группировку, определение k_j-x интервалов при проведении маневра с использованием ЭРД. При этом обеспечивается электропотребление каждого ГСС с учетом потребляемой мощности d_i-ми ЭРД, установленными на борту, где d_i=(1, 2, 3, ...D)_j - число указанных двигателей.

Таким образом, электропотребление рассматриваемой орбитальной группировки состоит из электропотребления отдельных КА, автономно себя обеспечивающих электроэнергией.

Недостаток указанного способа управления заключается в неполном использовании энергетических возможностей всей орбитальной группировки КА в целом.

Так, до 50% бортового электропотребления при пиковых нагрузках приходится на ЭРД. С другой стороны, динамические режимы с использованием ЭРД составляют не более 15% полетного времени каждого КА, входящего в орбитальную группировку. Данная оценка приведена для ГСС серии "Ямал". Следовательно, ˜85% полетного времени энергетические возможности КА используются лишь наполовину. Аналогичная картина энергопотребления для спутников «Экспресс», «ГАЛС», « SESAT» и других.

В конечном счете, это приводит к неоправданному сокращению числа бортовых потребителей полезной нагрузки, что ухудшает экономические показатели космических комплексов в целом.

Задачей данного технического решения является управление электропотреблением не только каждого КА в отдельности, а орбитальной группировки в целом. Тем самым обеспечивается электроэнергией работа нескольких дополнительных бортовых потребителей полезной нагрузки и увеличивается эффективность выполнения космической программы, выполняемой орбитальной группировкой КА в целом.

Для достижения технического результата в способе управления электропотреблением орбитальной группировки космических аппаратов с ЭРД, включающем определение мощности электропотребления каждым из i-х бортовых потребителей полезной нагрузки (N _i), где i=1, 2, 3, ..., I - общее число потребителей, установленных на j-x КА, где j=1, 2, 3, ..., - общее число КА, входящих в орбитальную космическую группировку, определение k_j -x интервалов для проведения динамических режимов с использованием ЭРД для каждого j-го КА, где k_j=(1, 2, 3, ...K)_j, определение мощности электропотребления Nd_j каждым из d_j-x ЭРД, где d_j=(1, 2, 3, ..., D) _j - число указанных двигателей, установленных на каждом j-м КА, до начала одновременного проведения КА динамических режимов, принадлежащих K_j , определяют электрическую мощность, потребляемую ЭРД на каждом КА

где - число ЭРД, принадлежащих D_j, участвующих в проведении динамического режима на каждом КА,

определяют электрическую мощность, потребляемую полезной нагрузкой на каждом из КА при проведении динамических режимов на интервалах

где - число единиц полезной нагрузки, принадлежащих I-м бортовым потребителям полезной нагрузки, включенных на борту каждого КА при проведении динамических режимов,

проверяют выполнение условий

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого КА при проведении динамических режимов на интервалах;

- мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого КА при проведении динамических режимов на интервалах, и, если условия (1) выполняются, осуществляют проведение динамических режимов, а если для какого-либо космического аппарата условие (1) не выполняется, определяют для него интервал, принадлежащий интервалам времени, для которого условие (1) выполняется, и осуществляют выполнение динамического режима на указанном интервале, а если условие (1) не выполняется для всех интервалов времени производят определение входящих в орбитальную группировку космических аппаратов-дублеров, равнозначных по функциональному назначению установленной полезной нагрузки, проверяют для каждого из космических аппаратов-дублеров выполнение условий обеспечения электропотребления при переключении на них бортовых потребителей полезной нагрузки с космических аппаратов

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого космического аппарата-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой переключенной частью потребителей полезной нагрузки с космического аппарата на космический аппарат-дублер на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой полезной нагрузкой космического аппарата-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого космического аппарата-дублера при проведении динамических режимов на интервале проведения динамического режима,

и к тем космическим аппаратам-дублерам, для которых условия (2) выполняются, производят последовательные подключения тех потребителей полезной нагрузки с космических аппаратов, которые обеспечены необходимыми запасами электроэнергии космических аппаратов-дублеров, до выполнения условий (1) на космических аппаратах и осуществляют проведение динамических режимов космическими аппаратами на интервалах, а при предельном выполнении условий (2) и одновременном невыполнении условий (1) производят последовательное отключение необеспеченных электроэнергией космических аппаратов-дублеров i-x бортовых потребителей полезной нагрузки, установленных на космических аппаратах, до выполнения условия (1) и осуществляют проведение динамических режимов на указанных временных интервалах для космических аппаратов, далее последующие управления электропотреблением орбитальной группировки производят последовательно вышеуказанным образом для космических аппаратов с более поздним началом времени проведения динамических режимов, используя при этом космические аппараты в качестве дублеров при последующих проведениях динамических режимов другими космическими аппаратами.

Технический результат во вновь разрабатываемом способе управления электропотреблением орбитальной группировки КА с ЭРД заключен в увеличении суммарного числа работающих бортовых потребителей полезной нагрузки (например, ретрансляторов ГСС) орбитальной космической группировки при тех же ее энергетических возможностях, что и до применения способа.

Для пояснения сути предлагаемого технического решения приведены чертеж и таблица.

На чертеже представлены графики изменения тока нагрузки (I _H) и тока СБ (I_СБ) до проведения маневра, в процессе его проведения и после маневра ГСС "Ямал".

В таблице приведены данные разработанного баллистического плана полета орбитальной группировки КА при проведении многовитковых маневров с использованием ЭРД, см. [4, 5].

При этом в таблице введены обозначения: по вертикали - витки (сутки) полета; необходимое количество маневров на указанном 10-суточном интервале по каждому КА (1, 2, 3) орбитальной группировки; распределение маневров на трансверсальные и боковые; запретные интервалы для проведения маневров; направлениями стрелок показаны разные по времени (для ГСС "Ямал" со сдвижкой в сутках на ˜ 12 часов) точки прицеливания (середины определенных интервалов) для проведения маневров.

Каждый из планируемых маневров характеризуется: датой проведения, временем начала и завершения, со средней продолжительностью - 3,5 часа, величиной характеристической скорости (dV, м/с); типом (трансверсальный или боковой).

Кроме маневров, ЭРД могут использоваться для разгрузки силовых гироскопов от накопленного кинетического момента в тех случаях, когда такую задачу не удается решить в процессе маневров. В рассмотренном примере режимы разгрузки не планируются.

Указанная в таблице информация является необходимой и достаточной с точки зрения баллистического обеспечения для разработки стратегии управления электропотреблением орбитальной группировки КА.

В качестве примера КА рассмотрим ГСС серии "Ямал" с известным числом установленных бортовых i-x ретрансляторов определенной мощности N_i , см. [2].

Орбитальная группировка состоит из j спутников, три из которых функционируют на орбите (два "Ямал-200" и один "Ямал-100"). И в ближайшие годы предполагается численное пополнение группировки до 15 спутников.

Основной динамической операцией на указанных КА, проводимой с использованием ЭРД, являются многовитковые маневры по установке КА в рабочую точку и дальнейшее поддержание их "стояния" в указанных точках. Для их проведения производится определение k _j-x интервалов. При этом известно число СПД, установленных на каждом КА d_j=(1, 2, 3, ..., D) _j (no 8 штук на каждом), и их мощность (Nd _j). Для СПД-70 указанная мощность составляет 660 Вт, см. [3].

Как видно из графиков, приведенных на чертеже, до включения ЭРД (СПД-70) в ˜ 03.17.00 (29.08.05) средний ток нагрузки составлял примерно 72 А, а при работающих поочередно включаемых двигателях указанный ток составил ˜ 94...96 А. При этом пиковая нагрузка составляла ˜ 107 А. Если взять мощность СПД-70 660 Вт, см. [3], то при номинальном напряжении в бортовой сети электроснабжения ˜ 28 В приращение тока нагрузки от ЭРД составляет ˜ 24 А. Указанная последняя цифра сопоставима с токовой нагрузкой от ˜ 6 работающих бортовых ретрансляторов. Показанные на чертеже имеющиеся "запасы по току", ( I=I_СБ-I_H)>0, связаны с неподключением к бортовому энергопотреблению части полезной нагрузки (i-x ретрансляторов).

Основным бортовым источником электроэнергии являются солнечные батареи (СБ). При этом мощность производимой СБ электроэнергии (N _СБ) превышает мощность всех бортовых потребителей электроэнергии, включая пиковые интервалы нагрузки при работающих ЭРД.

Для реализации способа предлагается нижеследующее.

Рассматриваем в соответствии с баллистическим планом (см. таблицу) интервалы проведения динамических режимов которых пересекаются. На первом витке в подгруппу KA можно отнести КА1 и КА3. Их интервалы для проведения маневров k₁ и k₂ пересекаются.

До проведения указанных динамических режимов определяем электрическую мощность, потребляемую ЭРД на каждом KA.

где - число ЭРД, принадлежащих D_j, участвующих в проведении динамического режима.

На KA "Ямал" d=1, 2, 3, ..., 8, при этом одновременно могут включаться один или два ЭРД разных номеров.

Учитывая то, что все ЭРД на указанных КА представляют собой СПД-70, мощность, потребляемую каждым из них Nd_j, можно примерно считать равной (660 Вт).

На перспективных КА указанной серии предусматривается возможность установки СПД-100, мощность которого составляет 1350 Вт, см. [3].

Из множества D_j-x ЭРД, установленных на КА, выбираем только те, которые задействованы для проведения динамических режимов (d'_j D_j).

Определяем электрическую мощность, потребляемую полезной нагрузкой на каждом из КА при проведении динамических режимов на интервалах,

где - число единиц полезной нагрузки, включенных на борту каждого КА при проведении динамических режимов По ходу выполнения программы полета происходят периодические подключения-отключения полезной нагрузки на борту каждого КА. Поэтому необходимо производить постоянную оценку потребления электроэнергии на борту, особенно для участков выполнения программы полета с включенными мощными потребителями электроэнергии, в том числе и для рассматриваемого случая проведения маневров с использованием ЭРД.

Далее проверяем на сбалансированность электропотребления на борту каждого КА при проведении маневров.

Наиболее целесообразно указанную проверку производить, принимая в расчет изменения мощности электропотребления, а не тока нагрузки, так как в этом случае учитываются и возможные допустимые изменения ("просадки") напряжения на бортовых шинах систем электроснабжения.

Проверяем выполнение условия для каждого КА

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого КА при проведении динамических режимов на интервалах;

- мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого космического аппарата при проведении динамических режимов на интервалах.

Значения -определяются, например, мощностью электроэнергии, получаемой с помощью СБ.

Значения мощности электропотребления определяются по известному составу служебных систем и состоят из суммы мощностей включенных приборов, узлов и агрегатов систем, включенных на интервалах.

Указанная проверка производится по пиковым токовым нагрузкам (например, на чертеже по току нагрузки 107 А) для интервалов проведения динамических режимов.

Выполнение условия (1) для каждого спутника означает, что суммарное электропотребление его бортовых систем, ЭРД и полезной нагрузки меньше производимой энергии. Это гарантирует проведение указанных динамических режимов. Поэтому осуществляем одновременное проведение динамических режимов на КА.

Если на каком-либо КА условие (1) не выполняется, целесообразно перенести динамический режим на указанном аппарате на другой интервал. Это позволяет не переключать бортовые потребители полезной нагрузки, связанные с наземными комплексами. И, тем самым, нет необходимости производить определенную перенастройку космического комплекса в целом.

В рамках баллистического плана (см. таблицу) рассматриваем указанную возможность, учитывая при этом то, что как потребление, так и приход электроэнергии могут изменяться. Однако не все динамические режимы в таких случаях имеют право на перенос.

Например, существуют более жесткие ограничения на проведение трансверсальных маневров геостационарных спутников и в меньшей степени - боковых маневров.

Так для 1-го КА запланированный трансверсальный маневр на 1-м витке переносить нельзя из-за возможных последующих "баллистических потерь". В то же время для 3-го КА запланированных интервалов для проведения боковых маневров в 2 раза больше необходимых для набора требуемой величины характеристической скорости на 10-суточном (витковом) интервале полета. Поэтому в случае невыполнения условия (1) для 3-го КА можно боковой маневр перенести, например, на последующие сутки, для которых k'₃=2, 3, ... и т.д.

При этом оптимизационную задачу по переносу маневра можно решать, исходя как из текущих суток, так и всего 10-суточного интервала для выполнения программы полета.

Таким образом, проверяем для КАЗ дополнительно возможные интервалы на 2, 3, 4 и 6-х сутках полета для проведения маневра. И, если условие (1) для какого-либо из указанных суточных интервалов выполняется, проводим на этом интервале динамический режим.

Если условие не выполняется для всех k'₃-x указанных интервалов, очевидно, что маневр на КА3 необходимо проводить на 1-м витке. В таком случае необходимо уменьшить на нем бортовое электропотребление. При фиксированном числе включенных служебных систем и выбранных для маневра ЭРД указанное уменьшение можно выполнить за счет отключения части бортовых потребителей полезной нагрузки.

Отключить часть указанной нагрузки без переключения на другие КА значит ограничить работу космического комплекса в целом. Чтобы этого не случилось, производим поиск КА-дублеров в подгруппе которые по своим энергетическим возможностям могли бы взять часть бортовой токовой нагрузки на себя на том же интервале проведения динамического режима, что и КА.

На 1-м витке, допустим, таким КА может быть КА1, при этом Тогда для него должно выполняться условие

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого КА-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой ЭРД каждого КА-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой ЭРД каждого КА-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого КА-дублера при проведении динамических режимов на интервале проведения динамического режима.

Выполнение условия (1)' характеризует электропотребление тем, что запасов электроэнергии в процессе проведения маневра 1-м КА достаточно для выполнения собственной программы полета и для того, чтобы подключить дополнительно, как минимум, один i-й потребитель мощностью N_i с КА (например, с КА3 на КА1). При этом по функциональному назначению полезной нагрузки КА1 и КА3 равноправны.

Далее, методом последовательных итераций проверяем выполнение условия (1) при переключении с КА3 на КА1 одной единицы полезной нагрузки и выполнении при этом условия (1)', другой единицы и т.д. до выполнения условия (1) или невыполнения условия (1)'.

При выполнении условий (1) и (1)' в процессе указанной проверки одновременно для установленного числа переключенных i-x единиц потребителей полезной нагрузки производим последовательные подключения указанных потребителей с КА (с 3-го КА в рассмотренном примере) на КА (на 1-й КА в рассмотренном примере).

Таким образом обеспечиваем требуемое электропотребление в подгруппе КА при проведении ими маневров на пересекающихся интервалах.

А если для КА после указанных переключений условие (1) выполнить не удалось, определяют число i-x потребителей, оставшихся на их борту после переключения части потребителей полезной нагрузки на КА до выполнения условия (1)'.

Далее осуществляем для них определение КА-дублеров, входящих в орбитальную группировку равнозначных по функциональному назначению установленной полезной нагрузки, для которых на интервалах динамические режимы не проводятся.

В рассматриваемом примере к можно отнести КА2, для которого на первом витке определен запретный интервал для проведения маневров.

Объединяем и КА в единую подгруппу КА-дублеров Далее проверяем для каждого из КА-дублеров выполнение условий обеспечения электропотребления при переключении на них бортовых потребителей полезной нагрузки с КА.

где - мощность электроэнергии, производимой на борту каждого КА-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой переключенной частью потребителей полезной нагрузки с КА на КА-дублер на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой потребителями полезной нагрузки КА-дублера на интервале проведения динамического режима;

- мощность электроэнергии, потребляемой служебными системами каждого КА-дублера, включая ЭРД, при проведении динамических режимов на интервале.

Далее, к тем КА-дублерам, для которых условия (2) выполняются, производим последовательные подключения тех i-x оставшихся потребителей полезной нагрузки с КА, которые обеспечены необходимыми запасами электроэнергии КА-дублеров.

Указанные переключения осуществляем до выполнения условий (1) на КА.

Как видно, например, из графиков на чертеже, КА-дублеры, при выключенных СПД, обладают запасами энергии, позволяющими обеспечить дополнительное энергопотребление значительной части ретрансляторов (до 6 единиц). После переключения бортовой нагрузки с КА на КА-дублеры при выполнении условий (1) осуществляем проведение динамических режимов на КА.

В случае выбора всех возможностей орбитальной группировки КА по электропотреблению часть бортовых потребителей на КА отключаем до выполнения условия (1) и осуществляем проведение динамических режимов на КА. На последнем этапе определения КА-дублеров для КА может происходить насыщение по электропотреблению КА при одновременном предельном выполнении для каждого из них условий (2) и при этом невыполнение условий (1) для КА.

Только в этих случаях, исчерпав до этого все возможности обеспечения электропотребления группировки КА в целом в других рассмотренных вариантах, производим указанные отключения части бортовых потребителей полезной нагрузки.

Последующие управления электропотреблением орбитальной группировки КА производим вышеуказанным образом для КА с более поздним временем проведения динамических режимов.

Например, на втором витке (см. таблицу) запланировано проведение боковых маневров для КА1, КА2 и КА3. При этом одновременное проведение возможно для КА1 и КА3, а точка прицеливания для бокового маневра КА2 сдвинута по времени на ˜ 12 часов.

После проверки условия (1) на каждом из КА может использоваться "баллистический резерв" на последующих витках программы полета, т.е. существуют интервалы где для K₁=3, 4, 6, 7, 8; К₂=3, 4, 6-10, для проведения динамических режимов.

КА1 и КА2 могут быть по отношению друг к другу дублерами, то есть они составляют подгруппу КА, равнозначных по функциональному назначению установленной полезной нагрузки.

КА3 по отношению к КА1 и КА2 является дублером, который можно отнести в подгруппу КА.

Далее, следуя вышеизложенному способу, производим управление электропотреблением орбитальной группировки КА с ЭРД вплоть до завершения программы полета.

В случае наличия других динамических режимов (например, разгрузки СГ от накопленного кинетического момента) они точно так же рассматриваются в баллистическом плане и далее при управлении электропотреблением группировки КА.

Наиболее широкое использование СПД как разновидность ЭРД нашли на геостационарных спутниках связи (см. [3]), где в качестве полезной нагрузки используются космические ретрансляторы. Поэтому при описании заявки использовался указанный типичный случай i-й полезной нагрузки. Однако на КА с ЭРД могут устанавливаться и другие виды полезной нагрузки, например различное оборудование для исследования природных ресурсов Земли, навигационное оборудование и т.д. При этом вид устанавливаемой полезной нагрузки на действия способа не влияет.

Экономический эффект от применения предлагаемого способа заключается в энергообеспечении дополнительного числа работающего оборудования полезной нагрузки в составе фиксированной орбитальной группировки КА.

Если взять для расчета электрическую мощность, потребляемую одним бортовым ретранслятором спутниковой связи ˜ 110 Вт, то за счет использования электроэнергии, предназначенной для СПД-70, можно обеспечить дополнительно работу ˜ 6 бортовых ретрансляторов.

Такого вида расчеты позволяют при проектировании спутников связи устанавливать на их борт гораздо большее число ретрансляторов (на спутники серии "Ямал" примерно в 1,6 раза).

При этом расчеты производятся с учетом "отсутствия включения ЭРД на борту" и использования всех энергетических возможностей каждого спутника для работы полезной нагрузки и служебных систем.

Далее, в процессе полета КА за счет энергетических возможностей орбитальной группировки воспроизводится для наземных потребителей непрерывность работы спутниковой связи при взаимных переключениях части ретрансляторов на маневрах отдельных спутников.

При этом, чем больше спутников в группировке, тем большую часть непрерывности в работе ретрансляторов можно воспроизвести. Связано это с тем, что ˜ 85% полетного времени на каждом спутнике с токовой нагрузкой системы электроснабжения до 50% интегрируется в неизрасходованные запасы электроэнергии орбитальной группировки. В свою очередь, это позволяет в решении задачи оптимизации (комбинаторного типа) при построении программы полета рассматривать большее число вариантов для поиска целевого экстремума - максимальной продолжительности непрерывной работы общего числа I-х потребителей орбитальной группировки КА.

Литература

1. Система спутников на эллиптических орбитах, эмулирующая характеристики системы спутников на геостационарной орбите. Патент RU 2223205.

2. Спутниковые системы связи и вещания. 1999/2000, часть II. - М.: Радиотехника, 2000.

3. К.И. Козубский, В.М. Мурашко и др. СПД работают в космосе. Физика плазмы, 2003, том 23, №3, с.277-292.

4. А.В. Соколов, Ю.П. Улыбышев. Многовитковые маневры с малой тягой в окрестности геостационарной орбиты. Изв. Академии наук. Теория и системы управления, 1999, №2, с.95-100.

5. Баллистико-навигационное обеспечение управления полетом КА «Ямал-200». Инструкция по подготовке исходных данных для управления в полете. РКК «Энергия» - ОАО «Газком», 2003.