Статья
Pendulum Motions of Extended Lunar Space Elevator
Из повседневной земной жизни хорошо известно, что перевернутый маятник неустойчив, причем он готов падать “на все четыре стороны” – влево и вправо, вперед и назад. Теоретические исследования, а также опыт работы луноходов и астронавтов на Луне также подтверждают это свойство. Спрашивается, сохраняется ли оно, если маятник “ну очень длинный”. Оказывается, что нет – если длина маятника существенно превышает ради ус Луны, то радиальные положения равновесия, на которых маятник рас полагается вдоль прямой, соединяющей центры Земли и Луны, оказывает ся устойчивым по Ляпунову, и маятник вообще никуда не падает. Более то го, если маятник простирается за коллинеарные точки либрации, то он оказывается растянутым и может быть изготовлен с помощью троса. Это свойство было подмечено Ф.А. Цандером и составило основу т.н. лунного лифта. В плоскости орбит Земли и Луны имеются и иные равновесия, которые оказываются неустойчивыми. Спрашивается, имеются ли равновесия, на которых маятник располагается вне плоскости орбит. В работе показывается, что это так, но такие равновесия оказываются неустойчивыми в вековом смысле. Также изучаются необходимые условия устойчивости колебаний лунно го маятника в плоскости лунной орбиты. Численно обнаружено чередование устойчивых и неустойчивых движений в зависимости от амплитуды колебаний или угловой скорости вращения.
This study focuses on spatial motion of the lunar elevator which is studied in the framework of elliptical restricted three-body problem. Analysis of dynamics of a spacecraft anchored to the Moon by a tether is done assuming that the tether’s length can be changed according to a prescribed law. The goal is to find the control laws that allow one to compensate for the eccentricity of the orbits, i.e., to maintain the pendulum at a fixed angle with respect to the Earth–Moon direction. The results have shown that the fixed orientation of the tether can be kept for several configurations of the system; some of these configurations are found to be stable. The obtained results can be applied to study the properties and possible configurations of the lunar elevator, as well as applications for small planets and asteroids.
In the usual everyday life, it is well known that the inverted pendulum is unstable and is ready to fall to “all four sides,” to the left and to the right, forward and backward. The theoretical studies and the lunar experience of moon robots and astronauts also confirms this property. The question arises: Is this property preserved if the pendulum is “very, very long”? It turns out that the answer is negative; namely, if the pendulum length significantly exceeds the Moon radius, then the radial equilibria at which the pendulum is located along the straight line connecting the Earth and Moon centers are Lyapunov stable and the pendulum does not fall in any direction at all. Moreover, if the pendulum goes beyond the collinear libration points, then it can be extended and manufactured from cables. This property was noted by F. A. Tsander and underlies the so-called lunar space elevator (e.g., see [1]). In the plane of the Earth and Moon orbits, there are some other equilibria which turn out to be unstable. The question is, Are there equilibria at which the pendulum is located outside the orbital plane? In this paper, we show that the answer is positive, but such equilibria are unstable in the secular sense. We also study necessary conditions for the stability of lunar pendulum oscillations in the plane of the lunar orbit. It was numerically discovered that stable and unstable equilibria alternate depending on the oscillation amplitude and the angular velocity of rotation.
Рассматривается задача о плоских колебаниях маятника переменной длины, подвешенного на поверхности Луны. Предполагается, что Земля и Луна (или, в общем случае, планета и ее спутник, или астероид и космический аппарат) обращаются вокруг общего центра масс по невозмущаемым эллиптическим кеплеровским орбитам. Обсуждается вопрос о том, как изменения длины маятника могут быть использованы для компенсации его колебаний. Выписаны уравнения движения, указано правило изменения длины маятника, при котором он обладает положениями равновесия относительно вращающейся вместе с Луной и Землей системы координат. Исследуются необходимые условия устойчивости таких движений. Численно и аналитически изучается хаотическая динамика такого маятника.
Обсуждается задача использования солнечного ветра для орбитальных маневров космических аппаратов. Анализируются материалы, связанные с созданием шаровых солнечных парусов с изменяемыми отражательными характеристиками, например с использованием жидкокристаллической пленки. Описываются возможные варианты построения математической модели паруса и соответствующие им алгоритмы управления.
Для исследования состояния границы раздела многослойных систем разработан метод,основанный на спектральном анализе термоволновых колебаний, возникающих под действием излучения лазеров, работающих в периодическом импульсном режиме. Метод основан на высокой чувствительности формы осциллирующей составляющей пирометрического сигнала к адгезионным характеристикам границы раздела фаз. Для количественной оценки формы сигнала использованы коэффициент корреляции (система пленка – подложка) и передаточная функция (многослойные образцы).
Изложены основные понятия и определения теории надежности, аналитические методы анализа надежности сложных восстанавливаемых и невосстанавливаемых систем при проектировании и эксплуатации. Изложенный теоретический материал иллюстрируется практическими примерами и задачами. Каждый самостоятельный теоретический раздел заканчивается методикой расчета показателей надежности соответствующих систем. Для лучшего понимания теоретических положений в пособие включены необходимые математические приложения.
Для преподавателей, студентов и аспирантов, инженерно-технических работников для изучения и расчетов показателей надежности сложных систем. Рекомендовано Министерством образования и науки РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Управление качеством», «Безопасность жизнедеятельности» и специальностям «Информационные системы и технологии», «Автоматизированные системы обработки информации и управления», «Прикладная математика», «Управление качеством».
Рассматриваются вероятные трудности, возникающие при создании криоботов. Обсуждаются проблемы прохождения больших толщин ледяного слоя и эффективности применения оборудования типа криоботов для изучения ледяной поверхности Европы. Сделан обзор исследований по созданию криобота как для земного применения, так и для исследования планетарных льдов. Приводится обзор альтернативных технологий исследования подледного пространства.
Настоящая книга представляет собой своеобразный расширенный учебник по математической статистике. Данный учебник не ограничен рамками учебного стандарта или вузовской программы --- он предназначен всем, кто интересуется математикой вообще и, в частности, хочет узнать, что такое современная математическая статистика, какие задачи и какими методами она решает, какие результаты в ней уже накоплены, какие проблемы в ней сегодня актуальны; наконец, каковы ее истоки, какой путь она прошла и какие ученые были ее творцами. По замыслу авторов, книга простым и доступным языком рассказывает о математической статистике и одновременно обучает ей. Вся теория объясняется и иллюстрируется на интересных и тщательно подобранных примерах. Книга может служить и задачником, так как содержит большой список упражнений для самостоятельного решения, а также справочным пособием по математической статистике, а в некоторых аспектах --- и по теории вероятностей.
Книга будет интересна преподавателям, аспирантам и студентам естественных и технических вузов, в которых изучается математическая статистика, научным работникам, использующим в своей деятельности методы математической статистики, а также самому широкому кругу любителей математики.
В сборнике представлены тезисы докладов участников XIX Международной студенческой конференции-школы-семинара «Новые информационные технологии», состоявшейся в мае 2011 года.
Сборник состоит из двух разделов. Первый раздел сборника включает пленарные доклады ведущих специалистов. Второй раздел содержит тезисы докладов студентов и аспирантов, учащихся техникумов и колледжей, участвовавших в работе школы-семинара.
Рассмотрены концептуальные вопросы моделирования бизнеса, проектного управления, роли управления персоналом в оптимизации бизнеса. Изложены концептуальные подходы к определению путей повышения эффективности управления. Дана характеристика особенностей внедрения информационных систем в экономике, значения систем управления качеством. Пособие предназначено для студентов очной и очно-заочной форм обучения по специальности «Менеджмент организации», однако может быть полезно и студентам других специальностей, изучающим дисциплины «Информационные технологии управления», «Автоматизированные информационные системы», «Информационные системы в экономике», «Управление качеством».
В данной работе рассматривается пятое уравнение Пенлеве, которое имеет 4 комплексных параметра α, β, γ, δ. Методами степенной геометрии ищутся асимптотические разложения его решений при x → ∞. При α≠0 найдено 10 степенных разложений с двумя экспоненциальными добавками каждое. Шесть из них - по целым степеням x (они были известны), и четыре по полуцелым (они новые). При α=0 найдено 4 однопараметрических семейства экспоненциальных асимптотик y(x) и 3 однопараметрических семейства сложных разложений x=x(y). Все экспоненциальные добавки, экспоненциальные асимптотики и сложные разложения найдены впервые. Также уточнена техника вычисления экспоненциальных добавок.
Статьи данного сборника написаны на основе докладов, сделанных в 2011 г. на социологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова на заседании XIV Междисциплинарного ежегодного научного семинара "Математическое моделирование социальных процессов" им. Героя Социалистического труда академика А.А. Самарского.
Издание предназначено для научных сотрудников, преподавателей, учащихся вузов и научных учреждений РАН, интересующихся проблемами, разработкой и внедрением методологии математического моделирования социальных процессов.