Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Одна из главных проблем современного ракетостроения — снижение массово-габаритных характеристик, что особенно характерно для орбитальных и межпланетных летательных аппаратов. Лазерное излучение способно разогревать до десятков тысяч градусов и поддерживать полученную температуру рабочего тела. Энергию лазерного излучения для летательного аппарата возможно подавать от удаленного источника. Для получения лазерной тяги, основанной на преобразовании тепловой энергии рабочего тела в кинетическую энергию движения летательного аппарата, необходима интенсивность излучения, порядка 104...106 Вт/см2 [1–5]. Однако возникает проблема удержания летательного аппарата в поле лазерного излучения. При использовании осесимметричных космических летательных аппаратов с центром масс, смещенным ближе к источнику лазерного излучения, возможно получить угловую самостабилизацию вдоль вектора излучения.
В качестве исследуемой модели космического летательного аппарата выбрано тонкостенное пирамидальное тело, сечение которого дает треугольник. Воздействие лазерного излучения осуществляется со стороны пика пирамиды. Действие лазерного излучения будем считать однородным по всей поверхности мишени, унос массы от воздействия излучения пренебрежимо мало, а поле излучения превышает габариты цели.
В данной постановке решается частная плоская задача, в которой нужно найти момент инерции полого треугольника относительно оси, проходящей через его центр масс.
Толщина граней гораздо меньше длины стороны треугольника. Момент инерции основания треугольника можно рассматривать как сумму точек, составляющих всю его сторону, которая находится на расстоянии равном высоте.
В работе [6] предлагается использовать штыревое коническое сопло. Угол между результирующей силой и силой давления лазерного излучения на внешнюю сторону объекта при его отклонении от направления движения находим аналогично работе [6].
Угол отклонения результирующей силы R от направления движения летательного аппарата:
Условием движения летательного аппарата является равенство силы давления лазерного излучения и силы тяжести, действующей на аппарат:
Момент сил можно найти как
Момент инерции фигуры вычислим через известную формулу математики:
где b, H — длина и высота треугольника соответственно.
Момент силы равен
где — угловое ускорение.
Из предыдущей формулы получаем:
Угол отклонения модели, которое она должна преодолеть для возвращения в изначальное положение:
Время стабилизации найдем следующим образом:
В поле действия лазерного излучения у космического летательного аппарата, при угловом отклонении, создается возвращающий момент, который стабилизирует конструкцию по направлению лазерного луча. Данный принцип позволяет без использования дополнительных агрегатов стабилизировать летательный аппарат вдоль вектора излучения.
Для треугольника, высотой 26 мм, основанием 30 мм, расчетное время стабилизации составляет 0,72 с при отклонении в 20 град.
Проведенные предварительные эксперименты подтверждают возможность стабилизации лазерного реактивного двигателя в поле лазерного излучения, мишень в потоке имела угловую устойчивость, с временем возвращения в исходное положение от 0,2 до 0,8 с. Расчетные оценки времени возвращения удовлетворительно совпадают с экспериментальными значениями, поэтому данный способ стабилизации может использоваться для космического летательного аппарата.
