К вопросу об использовании диаграмм Тиссерана при проектировании гравитационных маневров Москва, 2014 Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. - презентация

1 К вопросу об использовании диаграмм Тиссерана при проектировании гравитационных маневров Москва, 2014 Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН Голубев Ю.Ф., Грушевский А.В., Корянов В.В., Тучин А.Г.

2 CB-Classic Billiard Duplex Shotting CGB-Classic Gravitational Billiard

3 ESA- JUICE Mission Endgame Ganymede Flyby- JOI- G&C-Flyby Sequence

4 Миссия «Лаплас-П»- Миссия «Лаплас-П»- Российский вариант Выход на орбиту искусственного спутника Ганимеда и посадка на его поверхность 1. Импульс торможения с выходом на орбиту ИСЮ: 1150 м/c 2. Серия гравитационных маневров около спутников Юпитера Каллисто и Ганимед. 3. Проведение коррекций орбиты перед выполнением гравманевров: 350 м/с 4. Выход на орбиту Ганимеда: 800 м/c 5. Посадка на Ганимед: 1600 м/c Суммарно: 3900 м/с Длительность полета от момента выхода на орбиту искусственного спутника Юпитера до посадки: 24 мес

5 Характеристики пролетной гиперболы, соответствующей траектории перелета от Земли к Юпитеру Дата и время входа в сферу влияния Юпитера 2029/06/03 UTC Элементы пролетной гиперболы Юпитера в СК J2000 Полуось, тыс. км эксцентриситет Наклонение, градусы Асимптотическая скорость, км/с 4.91 Дата и время перицентра 2029/08/29 17:20 UTC Расстояние перицентра, рад. Юпитера 12.5

6 Используются Разработанный алгоритм расчёта коррекции орбиты КА перед проведением гравитационных манёвров при пролётах галилеевых спутников Юпитера Уточненная модель гравитационных маневров Комплекс ESTK Баллистического центра ИПМ им.М.В.Келдыша РАН Эфемериды Navigation and Ancillary Information Facility (NAIF) - NASA будут уточняться в процессе миссии ESA-NASA

7 Стратегия маневрирования В качестве опорного алгоритма используется задача Ламберта. На его основе построены ещё три алгоритма: построение множества положений выбранного спутника Юпитера; поиск траектории перелёта из условия минимума импульса, обеспечивающего переход на эту траекторию; уточнение параметров импульса коррекции, которые обеспечивают пролёт выбранного спутника Юпитера с использованием численной модели. На основе разработанных алгоритмов проведён расчёт коррекций, обеспечивающих пролёты Ганимеда.

8 1- й маневр- Ганимед Time of minimal distance reaching2030/04/25 12:55:52 Minimal distance km Height of pericenter of flyby hyperbola km Asymptotic velocity Change of velocity relatively to Jupiter Period after flyby of GANYMEDE days Distance in pericenter rated to Jupiters radius Eccentricity after flyby Velocity in pericenter after flyby Velocity in apocenter after flyby Vx= , Vy= , Vz= , |V|= IO Europa Ganymede Callisto

9 2- й маневр- Ганимед Time of minimal distance reaching2030/06/07 11:18:06 Minimal distance km Height of pericenter of flyby hyperbola km Asymptotic velocity Change of velocity relatively to Jupiter Period after flyby of GANYMEDE days Distance in pericenter rated to Jupiters radius Eccentricity after flyby Velocity in pericenter after flyby Velocity in apocenter after flyby Vx , Vy= , Vz= , |V|=

10 3- й маневр - Ганимед Time of minimal distance reaching2030/08/18 00:23:08 Minimal distance km Height of pericenter of flyby hyperbola km Asymptotic velocity Change of velocity relatively to Jupiter Period after flyby of GANYMEDE days Distance in pericenter rated to Jupiters radius Eccentricity after flyby Velocity in pericenter after flyby Velocity in apocenter after flyby Vx= , Vy= , Vz= , |V|=

11 4- й маневр - Ганимед Time of minimal distance reaching2030/09/15 15:30:37 Minimal distance km Height of pericenter of flyby hyperbola km Asymptotic velocity Change of velocity relatively to Jupiter Period after flyby of GANYMEDE days Distance in pericenter rated to Jupiters radius Eccentricity after flyby Velocity in pericenter after flyby Velocity in apocenter after flyby Vx= , Vy= , Vz= , |V|=

12 5- й маневр- Ганимед Time of minimal distance reaching2030/10/07 02:25:05 Minimal distance km Height of pericenter of flyby hyperbola km Asymptotic velocity Change of velocity relatively to Jupiter Period after flyby of GANYMEDE days Distance in pericenter rated to Jupiters radius Eccentricity after flyby Velocity in pericenter after flyby Velocity in apocenter after flyby Vx= , Vy= , Vz= , |V|=

13 6-й маневр- Ганимед Time of minimal distance reaching2030/11/12 04:29:38 Minimal distance km Height of pericenter of flyby hyperbola km Asymptotic velocity Change of velocity relatively to Jupiter Period after flyby of GANYMEDE days Distance in pericenter rated to Jupiters radius Eccentricity after flyby Velocity in pericenter after flyby Velocity in apocenter after flyby Vx= , Vy= , Vz= , |V|=

14 Первый этап маневрирования - «настройка» (Э1)

15 Парадокс сольных пертурбаций

16

17 Цепочки на графах Тиссерана ( Согласно Kevin W.Kloster, James M. Longuski e.a.)

18 The V Globe (from Russel, Strange et al. (2007)) Represents all possible V vector tips after a fly-by

19 Изоинфины в системе Юпитера G Ganymede G XR Callisto XR Изоинфины на диаграммах Тиссерана для Ганимеда и Каллисто. Оси- Высота апоцентра и перицентра – в радиусах Юпитера R J

20 Pareto front of Tisserand Graph for the Roscosmos Laplace mission

21 Pareto front trees of Tisserand graph for Russian Laplace mission

22 Поиск переотражений в системе спутников

23 RADIATION HAZARD PROBLEM (M. Podzolko e.a., SINP MSU Data)

24 Анализ радиационной обстановки на стадии маневрирования Динамика накопления радиации

25 Анализ радиационной обстановки на стадии маневрирования Динамика накопления радиации

26 Динамика накопления радиации после первого гравманевра Period after flyby of GANYMEDE42.9 days Distance in pericenter rated to Jupiters radius11.5 Distance in apocenter rated to Jupiters radius

27 Метод фазовых пучков выбора цепочки маневров

28 Этап 2 гравитационного маневрирования ( освоение) - Э2

29 Диаграмма Тиссерана ESA (фрагмент)

30 «Эндшпиль» (S.Campagnola,R.Russel)

31 Type: Hyper-low-radiation, Expensive Delta V T3

32

33 Fly-by sequence selection strategy Lambert problem solution; The phase-beams method; Delta V minimizations; Gravity-assist parameters permanent corrections; Simulations results are presented.

34 Callisto & Ganymede Tour design problem lends itself well to optimization schemes Callisto & Ganymede assists us to minimize fuel requirements

35