بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک نرم افزار تخصصی براي شبیه سازي شش درجه آزادي - ًقخخ - وسایل بازگشتپذیر معرفی شده است. این نرم افزار به صورت گرافیکی بوده و نتایج حاصل از تحلیل، نسبت به ایستگاه رصد - هدف - قابل نمایش است. این نرم افزار امکان هدایتپذیري وسیله را با چند روش هدایتی مقدور ساخته و شتاب جانبی موردنیاز هدایت وسیله را از لحظه خروج از مدار - صطتطپکخ - براي هدایت تا نقطه فرود، مشخص میکند. شبیهسازي حرکت مداري ماهواره، مانورهاي مداري موردنیاز ماهواره تا رسیدن به مدار مقصد و رد زمینی آن از دیگر تواناییهاي این نرمافزار است.
مقدمه
موضوع بازگشتپذیري سفینه هاي فضایی از موضوعات مهم حال حاضر است و بهدلیل آنکه همزمان با چندین شاخه از علم سر و کار دارد، از دانش وسیعتري برخوردار است
امروزه اهمیت بازگشتپذیري چه از لحاظ اقتصادي و چه از لحاظ نظامی بر کسی پوشیده نیست. در حال حاضر هدایتپذیري و نحوة طراحی مسیر و کاهش هزینههاي مربوط به انجام مأموریت از موضوعات مهم مورد توجه دانشمندان است. سرجنگی موشکهاي بالستیک، طبقات آخر موشکهاي حامل و کپسولهاي فضایی بازگشتپذیر، همگی در قلمرو بازگشتپذیري قرار میگیرند.
شبیهسازي حرکت وسایل بازگشتپذیر، طراحان را قادر خواهد ساخت تا تحلیل مطلوبی از پارامترهاي مسیر، سازه، سیستم هدایت و کنترل و همچنین نحوة رصد بهدست آورده و در نهایت سناریوي بازگشت مطلوب را معرفی کنند. با توجه به تعدد رژیم پروازي وسایل بازگشتپذیر، الگوریتمهاي هدایت، ساختار هندسی فضاپیماي بازگشتپذیر، سناریوي بازگشت و مشخصههاي جرمی، ورود اطلاعات - در حدود 60 پارامتر - و در پایان نمایش نتایج - در حدود 40 نمودار - زمان زیادي را به خود اختصاص میدهد ضمن آنکه آموزش و آشنایی کاربر براي استفاده از نرمافزار نیز موردنیاز است. در این نرمافزار گرافیکی شبیهسازي شش درجه آزادي حرکت وسایل بازگشتپذیر، ورود و خروج اطلاعات بهسادگی امکانپذیر گردیده و تصحیح خطاي ورودي، در کمترین زمان میسر شده است
معرفی بازگشتپذیري
هر وسیله پرندهاي که از جو خارج شده و به دلایل خاص دوباره به آن بازگردد تحت تأثیر نیروهاي وارده بر آن، در حوزة بازگشتپذیري قرار میگیرد. بهعنوان مثال شما میتوانید یک موشک بالستیک را درنظر بگیرید که ابتدا با توجه به کریدور پرتاب انتخابی خود حرکت کرده و از جو خارج میشود و سپس دوباره در حالت غیرفعال به جو داخل میشود. اولین سؤالی که در ذهن ایجاد میشود این است که »چرا خروج از جو همانند با ورود به آن داراي اهمیت نیست؟.« دلیل آن این است که نیروهاي تأثیرگذار بر جسم پرنده، در دو رژیم متفاوت هستند.
شکل .1 نیروهاي واردشده بر وسیله در زمان بازگشت به جو
با توجه به شکل 1 حالت A در لحظه خاموشی موتور قبل از رسیدن به ارتفاع اوج وسیله است. این نقطه میتواند درون اتمسفر یا بیرون آن واقع شود. معمولاً در لایههاي رقیق اتمسفر نیروي برآ و پسا با فرض شکل متقارن و زاویه حمله ناچیز قابل صرفنظر کردن است. در فاز فعال حرکت، نیروي ناشی از جاذبه زمین برخلاف تراست از افزایش سرعت وسیله جلوگیري میکند. پس از فرمان خاموشی موتور، موشک بهصورت یک پرتابه درون مدار خاص خود حرکت میکند تا به نقطه اوج برسد و سپس متناظر با نقطه خاموشی در مسیر برگشت در یک لحظه داراي سرعتی برابر با لحظه خاموشی ولی در جهت عکس خواهد بود.
از این لحظه به بعد بر اثر نیروي جاذبه که موافق با حرکت است با وجود نبودن نیروي تراست، سرعت وسیله شروع به افزایش میکند. اگر در حالت B که متناظر ارتفاعی نقطه A است نیروهاي وارده بر وسیله را رسم کنیم، نیروي وزن باعث ایجاد یک شتاب مثبت در راستاي بردار سرعت وسیله خواهد شد. این مؤلفه شتاب میتواند سرعت وسیله را در ادامه تا سه برابر مقدار اولیه ~ - ماخ - 18 افزایش دهد.
مدلسازي زمین، اتمسفر و شتاب جاذبه
مدل کردن زمین روي موارد زیر تأثیرگذار است:
1. شتاب گرانشی
2. ارتفاع اتمسفر
3. شعاع زمین
معمولاً دو مدل براي زمین درنظر گرفته میشود:
1. کروي با توزیع جرم یکنواخت
2. بیضیگون با توزیع جرم یکنواخت
در حالت اول چون مماس بر سطح در هر جاي کره بر شعاع عمود است بنابراین ارتفاع هندسی و ارتفاع ژئوپتانسیل یکسان خواهند بودح ارتفاع ژئوپتانسیل در واقع ارتفاعی است که از عمود بر مماس سطح افق در آن نقطه حاصل میشود.
بهعبارت دیگر، اگر از یک ارتفاع جسمی را رها سازیم، مسیري که جسم تحت تأثیر نیروي وزن خود طی میکند تا با سطح برخورد کند، ارتفاع ژئوپتانسیل نامیده میشود. در مدل کروي زمین میتوان نتایج زیر را خلاصه کرد:
1. یکسان بودن شعاع زمین در همهجا ؛
2. یکسان بودن ارتفاع هندسی و ارتفاع ژئوپتانسیل - مرکز سطح - مرکز جرم - = مرکز گرانش - ؛
3. فاصله جسم تا مرکز جرم برابر با حاصلجمع شعاع با ارتفاع است
از این مدل بیشتر براي شبیهسازي حرکت بالستیکی موشکهاي کوتاهبرد و میانبرد استفاده میشود زیرا تأثیر این
سادهسازيها در نتایج نهایی کمرنگ است . البته این مسئله در مورد موشکهاي بالستی ک دوربرد که مدت زمان پرواز بیشتري دارند صدق نمیکند. بهطور خلاصه میتوان گفت باتوج ه به تأثیري که مدل کردن زمین بر روي پارامترهاي گفتهشده در ابتداي این بخش دارد، مدل کروي براي تحلیلهاي سریع و ابتدایی پروازهاي کوتاه و ارتفاع عمل کردي کمتر از عف 200 مناسب است.
در حالت دوم زمین یک بیضیگون تصور میشود - شکل . - 2 این بیضیگون به این صورت تصور میشود که در صفحه استوا و صفحات موازي با آن از مقطع دایره و در صفحات نصفالنهاري از مقطع بیضی تشکیل شده ا ست. قطر بزرگ بیضی در صفحه استوا و قطر کوچک عمود بر صفحه استوا و به سمت دو قطب است. اندازة شعاع بزرگ و کوچک زمین که در واقع نیمقطر بزرگ و کوچک بیضی هم هستند
شکل .2 مدل زمین بیضیگون و پارامترهاي مربوطه
البته باید در اینجا دقت شود که محورهاي محلی x و y براي ای ن قسمت انتخا ب شدهاند و متناسب با دستگاه مختصات اینرسی نیستند. پارامتر ع عرض جغرافیایی است. بنابراین شعاع زمین با عرض جغرافیایی تغییر میکند.
در این حالت بردار فاصله ط از مرکز جرم زمین - که همان مبدأ مختصات است - بهسمت وسیله بازگشتپذیر است. در حالت بیضی بودن زمین، ارتفاع هندسی و ارتفاع ژئوپتانسیل متفاوت از هم هستند
