Математическое моделирование и сравнительный анализ схем применения аппарата-буксировщика для решения задачи увода объектов космического мусора на орбиту захоронения. Часть 2.

Авторы

Улыбышев С. Ю.

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

e-mail: wardoc5@rambler.ru

Аннотация

Настоящая статья является продолжением предыдущей работы, в которой были рассмотрены вопросы обоснования и проработки проектного облика перспективного космического аппарата-буксировщика (КА-Б) с двумя вариантами двигательной установки (ДУ), использующей жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) и стационарные плазменные двигатели (СПД), а также приведен расчет системы энергоснабжения КА-Б.

В данной работе подробно рассмотрены особенности реализации схем увода объекта космического мусора (ОКМ) с помощью КА-Б, имеющего в своем составе ДУ с СПД. Выбраны законы управления ориентацией вектора тяги на этапах перелета на орбиту ОКМ и его последующего увода, обеспечивающие решение поставленной задачи. Проведено математическое моделирование и сравнение по областям достижимости для двух вариантов формируемой орбиты захоронения компланарной орбите ОКМ и синхронно прецессирующей с ней. В первом случае схема одной миссии по перелету на орбиту ОКМ и компланарному спуску с ним затрудняется определением требуемого рассогласования орбит по долготе восходящего узла (ДВУ) для начала перелета и обеспечения возможности повторения операций. Во второй схеме данный аспект устраняется созданием орбит с синхронной прецессией (ОСП) в процессе перелета за счет коррекции наклонения. Определены границы эффективности использования указанных схем в зависимости от наклонения и высоты орбиты ОКМ. Сформулированы рекомендации по возможности применения указанных схем перелета в зависимости от параметров орбит буксируемых объектов.

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 С.Ю. Математическое моделирование и сравнительный анализ схем применения аппарата-буксировщика для решения задачи увода объектов космического мусора на орбиту захоронения. Часть 1 // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=105746

2. Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой. - М.: ВЦ АН СССР, 1968. - 108 с.

3. Авдеев Ю.Ф., Беляков А.И., Брыков А.В. и др. Полет космических аппаратов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

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

5. Салмин В.В. Оптимизация космических полетов с малой тягой: проблемы совместного управления траекторным и угловым движением. - М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.

6. 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.

7. Петухов В.Г., Иванюхин А.В. Совместная оптимизация основных проектных параметров электроракетной двигательной установки и траектории космического аппарата // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2016. № 2. С. 92 - 101.

8. Петухов В.Г. Квазиоптимальное управление с обратной связью для многовиткового перелета с малой тягой между некомпланарными эллиптической и круговой орбитами // Космические исследования. 2011. Т. 49. № 2. С. 128 - 137.

9. Салмин В.В., Старинова О.Л., Четвериков А.С., Брюханов Н.А., Хамиц И.И., Филиппов И.М., Лобыкин А.А., Бурылов Л.С. Проектно-баллистический анализ транспортных операций космического буксира с электроракетными двигателями при перелетах на геостационарную орбиту, орбиту спутника Луны и в точки либрации системы Земля-Луна // Космическая техника и технология. 2018. № 1(20). С. 82 - 97.

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

11. 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.

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

13. 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. 2016. № 4. C. 48 - 64.

14. 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.

15. 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.

16. Трушляков В.И., Юткин Е.А. Обзор средств стыковки и захвата объектов крупногабаритного космического мусора // Омский научный вестник. 2013. № 2 (120). С. 56 - 61.

17. Пикалов Р.С., Юдинцев В.В. Обзор и выбор средств увода крупногабаритного космического мусора // Труды МАИ. 2018. № 100. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=93299

18. Кириллов В.А., Багатеев И.Р., Тарлецкий И.С., Баландина Т.Н., Баландин Е.А. Анализ концепций очистки околоземного космического пространства // Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18. № 2. С. 343 - 351.

19. Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор – угроза человечеству. - М.: Изд-во Института космических исследований РАН, 2012. - 192 с.

20. 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.

21. 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.

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

23. 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

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

25. 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.

26. 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.

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

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

29. The Threat of Orbital Debris and Protecting NASA Space Assets from Satellite Collisions, available at: http://images.spaceref.com/news/2009/ODMediaBriefing 28Apr09-1.pdf

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

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

32. 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.

33. 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

34. 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.

35. 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.

Скачать статью