Сравнение эффективности использования лазерной абляции и ионного потока для бесконтактной уборки космического мусора с квазикруговой орбиты


DOI: 10.34759/trd-2022-127-01

Авторы

Ледков А. С.*, Белов А. А.**, Тчанников И. А.***

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: ledkov@inbox.ru
**e-mail: aleshabelov2001@mail.ru
***e-mail: ilya-tch2001.ru@yandex.ru

Аннотация

Работа посвящена проблеме увода космического мусора с низких околоземных орбит. Сравниваются два способа бесконтактного воздействия на объект космического мусора. В первом случае бесконтактное воздействие осуществляется лазером, во втором используется струя ионного электрореактивного двигателя. Целью работы является сравнение эффективности использования рассматриваемых способов увода с точки зрения затрат топлива активного космического аппарата. Разработана математическая модель движения системы, состоящей из активного космического аппарата и объекта космического мусора, при их бесконтактном взаимодействии. Проведено численное моделирование увода с низкой околоземной орбиты космического мусора. Показано, что использование лазерной абляции позволяет осуществить более быстрый увод с орбиты космического мусора и требует меньше топлива.

Ключевые слова:

космический мусор, бесконтактная транспортировка, лазерная абляция, ионный поток, затраты топлива

Библиографический список

  1. Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор — угроза человечеству. — М.: Изд-во Института космических исследований РАН, 2012. −192.
  2. Kessler D.J., Cour‐Palais B.G. Collision frequency of artificial satellites: the creation of a debris belt // Journal of Geophysical Research: Space Physics, 1978, vol. 83, no. A6, pp. 2637-2646. DOI:10.1029/JA083IA06P02637
  3. Shan M., Guo J., Gill E. Review and comparison of active space debris capturing and removal methods // Progress in Aerospace Sciences, 2015, vol. 80, pp. 18–32. DOI:10.1016/j.paerosci.2015.11.001
  4. 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
  5. Larouche B.P., Zhu Z.H. Autonomous robotic capture of non-cooperative target using visual servoing and motion predictive control // Autonomous Robots, 2014, vol. 37, pp. 157-167. DOI:10.1007/s10514-014-9383-2
  6. Zhai G., Zhang J., Yao Z. Circular orbit target capture using space tether-net system // Mathematical Problems in Engineering, 2013, vol. 2013 (4), DOI:10.1155/2013/601482
  7. Reed J., Barraclough S. Development of harpoon system for capturing space debris // 6th European Conference on Space Debris, 2013, vol. 723, pp. 174.
  8. Асланов В.С., Алексеев А.В., Ледков А.С. Определение параметров оснащенной гарпуном тросовой системы для буксировки космического мусора // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74644
  9. Ашурбейли И.Р., Лаговиер А.И., Игнатьев А.Б., Назаренко А.В. Возможности использования авиационной лазерной системы для борьбы с космическим мусором и поддержания орбит космического аппарата // Труды МАИ. 2011. № 43. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=24856
  10. Bombardelli C., Pelaez J. Ion beam shepherd for contactless space debris removal // Journal of guidance, control, and dynamics, 2011, vol. 34, no. 3, pp. 916-920. DOI:10.2514/1.51832
  11. Aslanov V.S. Exact solutions and adiabatic invariants for equations of satellite attitude motion under Coulomb torque // Nonlinear Dynamics, 2017, vol. 90, issue 4, pp. 2545-2556. DOI: 10.1007/s11071-017-3822-5
  12. Aslanov V.S. Gravitational trap for space debris in geosynchronous orbit // Journal of Spacecraft and Rocket, 2019, vol. 56, no. 4, pp. 1277-1281. URL: https://doi.org/10.2514/1.A34384
  13. Зиганшин Б.Р., Сочнев А.В. Существующие концепции и обзор экспериментальных исследований лазерного ракетного двигателя // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2021. № 1. С. 20-52. DOI: 10.18698/0236-3941-2021-1-20-52
  14. Phipps R., Bonnal С. A spaceborne, pulsed UV laser system for re-entering or nudging LEO debris, and re-orbiting GEO debris // Acta Astronautica, 2016, vol. 118, pp. 224-236. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.10.005
  15. Резунков Ю.А. Лазерные системы реактивной тяги // Природа. 2017. № 4. С. 3-13.
  16. Soulard R. et al. ICAN: A novel laser architecture for space debris removal // Acta Astronautica, 2014, vol. 105, no. 1, pp. 192-200. DOI:10.1016/j.actaastro.2014.09.004
  17. Martinez N. et al. Debris collision mitigation from the ground using laser guide star adaptive optics at mount Stromlo observatory // Journal of Space Safety Engineering, 2022, vol. 9, no. 1, pp. 106-113. URL: https://doi.org/10.1016/j.jsse.2021.10.007
  18. Sakai D. et al. Contactless attitude control of an uncooperative satellite by laser ablation // Acta Astronautica, 2022, no. 196, pp. 275-281. DOI:10.1016/j.actaastro.2022.04.024
  19. Алпатов А.П. и др. Определение оптимального положения «пастуха с ионным лучом» относительно объекта космического мусора // Техническая механика. 2015. № 2. С. 37–48.
  20. Cichocki F., Merino M., Ahedo E. Spacecraft-plasma-debris interaction in an ion beam shepherd mission // Acta Astronautica, 2018, vol. 146, pp. 216-227. DOI:10.1016/j.actaastro.2018.02.030
  21. Алпатов А.П., Маслова А.И., Хорошилов С.В. Бесконтактное удаление космического мусора ионным лучом. International Book Market Sevice Ltd, member of OmniScriptum Publishing Group, Beau Bassin, 2018, 331 p.
  22. Надирадзе А.Б., Обухов В.А., Покрышкин А.И., Попов Г.А., Свотина В.В. Моделирование силового и эрозионного воздействия ионного пучка на крупный объект космического мусора техногенной природы // Известия РАН. Энергетика. 2016. № 2. С. 146-147.
  23. Khoroshylov S. Out-of-plane relative control of an ion beam shepherd satellite using yaw attitude deviations // Acta Astronautica, 2019, vol. 164, pp. 254-261. DOI:10.1016/j.actaastro.2019.08.016
  24. Khoroshylov S. Relative control of an ion beam shepherd satellite in eccentric orbits // Acta Astronautica, 2020, vol. 176, pp. 89-98. DOI:10.1016/j.actaastro.2020.06.027
  25. Рязанов В.В. Управление движением космического аппарата при бесконтактном уводе космического мусора // Труды МАИ. 2019. № 107. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=107837
  26. Aslanov V.S., Ledkov A.S. Fuel costs estimation for ion beam assisted space debris removal mission with and without attitude control //Acta Astronautica, 2021, vol. 187, pp. 123-132. DOI:10.1016/j.actaastro.2021.06.028
  27. Bombardelli C. Relative dynamics and control of an ion beam shepherd satellite. In book: Spaceflight mechanics, 2012, pp. 2145-2158.
  28. Kluever C.A. Space flight dynamics, John Wiley & Sons, 2018, 592 p.

    29. Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход