Измерения при летных испытаниях сложных динамических объектов

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

В.В. Бетанов

ИЗМЕРЕНИЯ
ПРИ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ
СЛОЖНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ
ОБЪЕКТОВ

Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия

Под редакцией Л.Н. Лысенко

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2011

УДК 531.55/.58
ББК 39.62
Б54

Б54

Рецензент Д.А. Ловцов

Бетанов В.В.
Измерения при летных испытаниях сложных динамических
объектов : учеб. пособие / В.В. Бетанов; под ред. Л.Н. Лысенко.
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 40, [4] с.

Рассмотрены вопросы морфологического анализа задач статистического оценивания и идентификации, возникающих в
ходе летных испытаний и эксплуатации сложных динамических объектов. Проанализированы методы измерения текущих
навигационных параметров. Дана общая характеристика процесса сбора и обработки телеметрических данных.
Для студентов старших курсов по специальности «Динамика и
управление полетом ракет и космических аппаратов».

УДК 531.55/.58
ББК 39.62

Учебное издание
Бетанов Владимир Вадимович

ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ
СЛОЖНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Редактор В.М. Царев
Корректор
Л.С. Горбенко
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 20.12.2010. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 2,56. Тираж 100 экз. Изд. № 78.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011

ВВЕДЕНИЕ

Целью летных испытаний космических систем (КС), т. е. обязательного этапа любой космической программы, является решение
важнейших задач, связанных с отработкой материальной части КС
в натурных условиях, баллистической схемы полета космического
комплекса (КК), автоматизированной системы и методов управления космическим полетом (КП), полного состава полетных операций, которые должны выполняться КК, а также подтверждением надежности функционирования системы и ее эффективности с
точки зрения решения целевых задач и обеспечения безопасности
полета экипажа пилотируемых кораблей.
При этом ряд целевых задач (научно-исследовательских, прикладных и прочих) решаются на фоне летных испытаний КС.
При разработке программы летных испытаний (ЛИ) определение необходимого их объема осуществляется исходя из стремления
при ограниченных затратах в наибольшей степени и с наибольшей
достоверностью результатов выполнить указанные задачи.
Особенностью управления полетом КК на этапе ЛИ является то, что, как правило, методы и система управления полетом
(по крайней мере, значительная часть) также находятся в процессе
отработки (так называемый этап опытной эксплуатации). Чтобы
обеспечить на этом этапе надежное управление полетом, принимается ряд специальных мер, например резервирование методов
и средств управления полетом, углубленная подготовка персонала
ЦУП и экипажа КК к выполнению функций управления с учетом возможности возникновения нештатных ситуаций в системе
управления полетом, организация оперативной поддержки работоспособности средств управления со стороны их разработчиков и
эксплуатирующих организаций.

3

Специфика ЛИ уникальных длительно летающих космических
аппаратов (КА) заключается в совпадение этапа ЛИ с начальным
этапом полета, переходящим в фазу штатной эксплуатации. Проблема доработки бортовых систем таких КА по результатам ЛИ решается в ходе полета либо изменением бортового математического
обеспечения, касающегося этих систем, либо (для пилотируемых
КА) путем ремонта дефектных элементов на борту или их замены
доставленными с Земли доработанными элементами.
Измерения, проводимые в процессе ЛИ, предназначены для
определения и анализа реального движения летательных аппаратов (ЛА) и контроля функционирования бортовых систем. По результатам измерений и последующей их обработки должно быть
принято решение о степени соответствия реальных характеристик
ЛА заданным требованиям, т. е. решение об эффективности испытываемого ЛА.
С помощью радиотехнических измерительных средств можно определять наклонную дальность до ЛА, разность наклонных
дальностей, направляющие косинусы, углы места, азимут, радиальную скорость. Техническая реализация методов определения указанных параметров позволяет в дополнение к ним получать сумму
наклонных дальностей, суммы и разности радиальных скоростей
относительно мест установки измерителей и др.
Как известно, измеряемые параметры могут быть подразделены на координатные и скоростные. К координатным относят параметры, содержащие информацию о положении ЛА, к скоростным —
характеризующие скорость движения.
Координатные параметры определяют вид и положение в пространстве некоторой поверхности [1, 9], на которой в момент измерения находится движущийся ЛА. Эту поверхность называют
координатной. Например, наклонной дальности соответствует поверхность сферы, разности и сумме дальности — поверхности
двухполюсного гиперболоида и эллипсоида вращения, азимуту —
плоскость, углу места и направляющему косинусу — поверхность
прямого кругового конуса.
Результаты измерения одного координатного параметра еще не
показывают, в какой точке координатной поверхности находится
ЛА. Эта задача может быть решена тогда, когда используется совокупность поверхностей, определяемых измерениями в данный мо
4

мент времени. Минимальное число координатных поверхностей,
входящих в эту совокупность, должно быть равно размерности
пространства измерений. Поскольку мы определяем положение
объекта в трехмерном пространстве, минимальное число координатных поверхностей в совокупности должно быть равно трем.
Тогда пересечение двух координатных поверхностей дает координатную линию, а пересечение этой линии с третьей координатной
поверхностью дает точку, соответствующую положению ЛА.
В настоящем пособии в значительной степени использованы
результаты работы моих учителей, коллег и учеников, приведенные в ряде учебников, учебных пособий и монографий (см. список литературы). Собранные вместе материалы, представленные
в настоящем пособии, облегчат изучение отдельных положений
предметной области дисциплины «Летные испытания ракет и космических аппаратов».
Раздел 1 написан совместно с канд. техн. наук К.Р. Байрамовым.
Автор с благодарностью примет все отзывы и пожелания по
представленным в учебном пособии материалам.