Математическое моделирование и сравнительный анализ схем применения аппарата-буксировщика для решения задачи увода объектов космического мусора на орбиту захоронения. Часть 1

Авторы

Улыбышев С. Ю.

Центральный научно-исследовательский институт химии и механики, ул. Нагатинская, 16а, Москва, 115487, Россия

e-mail: wardoc5@rambler.ru

Аннотация

В представленных материалах исследования, разбитых на четыре части (отдельные статьи), рассмотрен комплексный вопрос математического моделирования и сравнительного анализа двух типов ДУ и связанный с этим проектный облик перспективного космического аппарата-буксировщика (КА-Б), предназначенного для решения задачи увода на орбиту захоронения объектов космического мусора (ОКМ) из состава спутниковых систем (СС). На примере реализации миссии увода одного ОКМ из заданной орбитальной плоскости с обеспечением возврата для увода следующего объекта, численно рассчитывается сценарий многократного применения КА-Б.

Данная статья посвящена вопросам обоснования и проработки проектного облика перспективного КА-Б с двигательной установкой (ДУ) двух типов жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и стационарного плазменного двигателя (СПД). Приведен расчет системы энергоснабжения КА-Б и определены ее массовые и энергетические характеристики, а также размеры солнечных батарей. Проанализированы особенности и варианты возможных схем увода ОКМ на орбиту захоронения. Определены параметры орбит захоронения для каждого типа ДУ на КА-Б. Также рассмотрен вопрос расчета среднего значения баллистического коэффициента КА-Б с СПД на типовом витке функционирования при буксировке ОКМ на орбиту захоронения. Определены границы по минимально возможной высоте применения СПД, обеспечивающих ускорение выше уровня возмущений от атмосферного торможения.

Ключевые слова:

математическое моделирование, космический аппарат-буксировщик, объект космического мусора, двигательная установка, жидкостной ракетный двигатель, стационарный плазменный двигатель, орбита захоронения, компланарная орбита, орбита с синхронной прецессией

Библиографический список

1. Улыбышев Ю.П. Оптимизация многорежимных траекторий сближения с ограничениями // Космические исследования. 2008. Т. 46. № 2. С. 133 - 147.

2. Малышев Г.В., Кульков В.М., Егоров Ю.Г. Применение электроракетных двигателей для выведения, коррекции орбиты и поддержания группировок спутниковых систем // Полёт. 2006. № 7. С. 82 - 88.

3. Салмин В.В., Четвериков А.С. Выбор оптимальных проектных и баллистических параметров многоразового межорбитального транспортного аппарата с двигательной установкой малой тяги // Решетневские чтения: материалы конференции. 2010. Т. 1. № 14. С. 32 - 33.

4. Baranov A.A., Grishko D.A. Ballistic aspects of large-size space debris flyby at low earth near-circular orbits // Journal of Computer and Systems Sciences International, 2015, vol. 54, no. 4, pp. 639 - 650.

5. Масленников А.А. О возможности создания межорбитального буксира на основе электроракетной двигательной установки, питаемой от солнечных батарей, для обеспечения грузопотока на международную космическую станцию // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2012. № 2. С. 126 - 141.

6. Зеленцов В.В. Проблемы мелкого космического мусора // Наука и образование. 2015. № 4. С. 89 - 104.

7. Асланов В.С., Алексеев А.В., Ледков А.С. Определение параметров оснащенной гарпуном тросовой системы для буксировки космического мусора // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=74644

8. Aslanov V., Yudintsev V. Dynamics of large space debris removal using tethered space tug // Acta Astronautica, 2013, vol. 91, pp. 149 - 156.

9. ГОСТ Р 52925-2008. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. - М.: Стандартинформ, 2008. - 6 с.

10. Баранов А.А., Гришко Д.А., Медведевских В.В., Лапшин В.В. Решение задачи облёта объектов крупногабаритного космического мусора на солнечно-синхронных орбитах // Космические исследования. 2016. Т. 54. № 3. C. 242 - 251.

11. Баранов А.А., Гришко Д.А. Баллистические аспекты облета крупногабаритного космического мусора на низких околокруговых орбитах // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2015. № 4. С. 160 - 171.

12. Баранов А.А., Гришко Д.А., Чернов Н.В. Облет низкоорбитальных объектов крупногабаритного космического мусора с их последовательным уводом на орбиту с уменьшенным временем баллистического существования // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. № 4. C. 48 - 64.

13. ОКБ «Факел». Термокаталитические двигатели. URL: https://www.fakel-russia.com/images/gallery/produczia/fakel_tkd_print.pdf

14. Мурашко В.М., Козубский К.Н., Вертаков Н.М., Корякин А.И. О научно-техническом сотрудничестве НПО имени С.А. Лавочкина и ОКБ «Факел». К 50-летнему юбилею космической деятельности НПО имени С.А. Лавочкина // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2015. № 3 (29). С. 32 - 36.

15. Горшков О.М. Отечественные электроракетные двигатели сегодня // Новости космонавтики. 1999. № 7. С. 31 - 35.

16. Ткаченко И.С., Салмин В.В. Анализ эффективности космических аппаратов-инспекторов с электрореактивными энергодвигательными модулями // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13. № 6. С. 106 - 115.

17. Ткачук А.В., Козубский K.H., Румянцев А.В. Двигательная установка с плазменными двигателями для космических микроаппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 2. С. 49 - 54.

18. Улыбышев С.Ю. Комбинированные спутниковые системы непрерывного глобального обзора на экваториальных и полярных круговых орбитах // Космические исследования. 2015. Т. 53. № 4. C. 332 - 344.

19. Разумный Ю.Н., Козлов П.Г., Разумный В.Ю. Методика расчета многоярусных спутниковых систем на круговых и эллиптических нодально-синхронных орбитах // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 3. С. 196 - 199.

20. Улыбышев С.Ю. Выведение группировки микроспутников с использованием промежуточной орбиты с синхронной прецессией // Труды МАИ. 2018. № 98. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=90354

21. Баранов А.А., Будянский А.А., Чернов Н.В. Поддержание угла между плоскостями орбит разноуровневых спутниковых систем // Космические исследования. 2015. Т. 53. № 5. С. 409 - 414.

22. Баранов А.А., Гришко Д.А. Вопросы минимизации затрат суммарной характеристической скорости, необходимой для обслуживания и восполнения спутниковых систем на некомпланарных круговых орбитах // Наука и образование. 2013. № 9. С. 289 - 312.

23. Улыбышев С.Ю. Анализ взаимной эволюции параметров двух синхронно прецессирующих орбит // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. № 3(51). URL: http://engjournal.ru/catalog/arse/adb/1471.html. DOI 10.18698/2308-6033-2016-03-1471.

24. Пахомов Л.А. Дистанционное зондирование атмосферы со спутника «Метеор». - М.: Гидрометеоиздат, 1979. - 143 с.

25. Ледков А.С. Управление силой тяги при буксировке космического мусора на упругом тросе // Наука и образование. 2014. № 10. С. 383 – 397.

26. The Threat of Orbital Debris and Protecting NASA Space Assets from Satellite Collisions, available at: http://images.spaceref.com/news/2009/ODMediaBriefing28Apr09-1.pdf

27. Асланов В.С., Ледков А.С., Стратилатов Н.Р. Влияние тросовой системы, предназначенной для доставки груза на Землю, на вращательное движение космического аппарата // Полет. 2009. № 1. С. 54 - 60.

28. Aslanov V.S., Ledkov, A.S. Dynamics of Towed Large Space Debris Taking Into Account Atmospheric Disturbance // Acta Mechanica, 2014, vol. 225, no. 9, pp. 2685 - 2697.

29. Ледков А.С., Дюков Д.И. Исследование хаотических режимов движения КА с тросом, совершающим малые колебания около местной вертикали // Труды МАИ. 2012. № 61. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35644

30. Гавриленко Т.С., Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Блок реактивных двигателей космического аппарата. Патeнт РФ № 170380. Бюлл. № 12, 24.04.2017.

31. Гавриленко Т.С., Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Способ управления космическим аппаратом, снабженным многосопловой двигательной установкой. Патент РФ № 2610793. Бюлл. № 5, 15.02.2017.

32. Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Применение режима тактовой работы к двигательной установке для высокоточного орбитального маневрирования и переориентации космического аппарата // Труды МАИ. 2018. № 101. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=96960

33. Глушков А.В., Улыбышев С.Ю. Управление многосопловой двигательной установкой космического аппарата с ограничением накопления кинетического момента // Научно-техническая конференция «Инновационные автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных исследований. Актуальные вопросы создания служебных и научных систем». Сборник трудов: (Анапа, 06-11 сентября 2015). – Химки: НПО им. С.А. Лавочкина, 2015. С. 316 – 322.

34. Улыбышев С.Ю. Алгоритм управления двигательной установкой космического аппарата с парированием накопления кинетического момента // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2019. № 5. С. 143 – 152.

35. Галкин В.В. Солнечные и аккумуляторные батареи ОАО «Сатурн» на космических аппаратах с электронными двигателями // Труды МАИ. 2012. № 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35383

36. Чайкина И. От кремния к арсенид-галлию // Информационные спутниковые системы. 2008. № 3. С. 21.

37. АО «НИИМаш». Топливные баки и газовые баллоны высокого давления. URL: http://www.niimashspace.ru/files/2016/Topliv_baki.pdf

38. Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия. РБ Г-05-039-96: Нормативный документ. – М.: НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России, 2000. URL: https://gostbank.metaltorg.ru/data/norms_/rb/1.pdf

39. Улыбышев С.Ю. Анализ характеристик безопасного движения отделяемого головного блока в поле разлета осколков от взрыва ракеты-носителя // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2012. № 1 (71). С. 76 - 81.

40. Атмосфера стандартная. Параметры. ГОСТ 4401-81. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 11 с.

Скачать статью