Безударное сближение космического мусора с буксиром при использовании тросовой системы

Теоретическая механика


Авторы

Асланов В. С. *, Пикалов Р. С. **

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

*e-mail: aslanov_vs@mail.ru
**e-mail: pickalovrs@gmail.com

Аннотация

Работа посвящена исследованию динамики сближения буксира и космического мусора. Особенность заключается в том, что сближение осуществляется путем изменения длины троса по заданному закону. На буксир, на протяжении всего маневра, действует сила тяги двигателей. Разработана математическая модель рассматриваемой механической системы. Проведен анализ уравнений движения, определена частота колебаний троса. Полученные аналитически результаты подтверждены данными численных экспериментов. Установлено, что в конце маневра сближения частота колебаний троса увеличивается, наблюдаются высокочастотные колебания. В развитии работы предполагается поиск метода устранения колебаний троса, для обеспечения безопасного сближения буксира и космического мусора.

Ключевые слова

сближение, активная уборка космического мусора, космические тросовые системы, космический буксир, управление тросом

Библиографический список

  1. Kessler D.J., Cour-Palais B.G. Collision frequency of artificial satellites: the creation of a debris belt // Journal of geophysical research. 1978. Vol. 83. P. 2637-2646.

  2. Anselmo L., Pardini C. Ranking upper stages in low Earth orbit for active removal. 6th European conference for aeronautics and space sciences. In: 6th European conference for aeronautics and space sciences, June 29 — July 2015, Krakow, Poland, (2015).

  3. Bolonkin A. New methods of removing space debris: http://www.rxiv.org/pdf/1403.0670v1.pdf, 2014.

  4. Anselmo L., Pardini C. Analysis of the consequences in low earth orbit of the collision between cosmos 2251 and iridium, https://www.researchgate.net/publication/228975104, 2009.

  5. Pelton J.N. New solutions for the space debris problem. Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, 2015.

  6. Shan M., Gup J., Gill E. Review and comparison of active space debris capturing and removal methods // Progress in Aerospace Sciences. 2009. Vol. 80. P. 18-32.

  7. Saunders C., Forshaw J.L., Lappas V.J., Chiesa A., Parreira B., Biesbroek R. Mission and systems design for the debris removal of massive satellites. In: 65th International Astronautical Congress, September 29 — October 3, Toronto, Canada, (2015).

  8. Phipps C.R., Baker K.L., Libby S.B., Liedahi D.A., Olivier S.S. Removing orbital debris with lasers // Advanced in Space Research. 2013. Vol. 49 no. 9. P. 1283-1300.

  9. DeLuca L.T., Bernelli F., Maggi F., Tadini P., Pardini C. Active debris removal by a hybrid propulsion module // Acta Astronautica. 2013. Vol. 91. P. 20-33.

  10. Авдеев А.В., Метельников А.А. Бортовая лазерная установка для борьбы с космическим мусором // Труды МАИ, 2016, № 89: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=72840

  11. 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: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=24856

  12. Nishida S., Kawamoto S. Strategy for capturing of a tumbling space debris // Acta Astronautica. 2011. Vol. 68. No. 1-2, P. 113-120.

  13. Trushlyakov V., Makarov J., Raykunov G., Shatrov J., Baranovo D. The development of autonomous onboard systems for the controlled deorbiting of stages separating parts of space launch vehicle. In: 2nd European Workshopon On Active Debris Removal, Quentin, Paris, France, (2012).

  14. Makarov Y., Ronse A., Trushlyakov V. The use of adapted upper stages for the removal of satellite and rocket body debris from unstable orbital regions, In: 62nd International Astronautical Congress, October 3-7, Cape Town, South Africa, (2011).

  15. Lee E.Z.J., Seubert C.R., Schaub H., Trushkyakov V., Yutkin E. Tethered tug for large low earth orbit debris removal. In: AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, January 29 — February 2, Charleston, South Carolina, (2012).

  16. Cougnet C., Alary D., Gerber B., Utzmann J., Wagner A. The debritor an «off the shelf» based nultimission vehicle for large space debris removal. In: 63rd International Astronautical Congress, October 1-5, Naples, Italy, (2012).

  17. Benvenuto R., Salvi S., Lavagna M. Dynamics analysis and GNC design of flexible systems for space debris active removal // Acta Astronautica. 2015. Vol. 110. P. 247-265.

  18. Bonnal C., Ruault J-M., Desjean M-C. Active debris removal: Recent progress and current trends // Acta Astronautica. 2013. Vol. 85. P. 51-60.

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

  20. Flodin L. Attitude and orbit control during deorbit of tethered space debris: http://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A812509&dswid=7351, 2015.

  21. Pang Z., Yu B., Jin D. Chaotic motion analysis of a rigid spacecraft dragging a satellite by an elastic tether // Acta Mechanica. 2015. Vol. 226. P. 2761-2771.

  22. Wen H., Zhu Z.H., Jin D., Hu H. Constrained tension control of a tethered space-tug system with only length measurement // Acta Astronautica. 2016. Vol.119. P. 110-117.

  23. Aslanov, V.S., Yudintsev, V.V. Dynamics of large debris connected to space tug by a tether // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2013. Vol. 36 no. 6. P. 1654-1660.

  24. Aslanov V.S., Yudintsev V.V. Dynamics of large space debris removal using tethered space tug // Acta Astronautica. 2013. Vol. 91. P. 149-156.

  25. Aslanov V.S., Yudintsev V.V. Dynamics, analytical solutions and choice of parameters for towed space debris with flexible appendages // Advances in Space Research. 2015. Vol.2. no. 2 P. 660–667.

  26. Aslanov V.S., Ledkov A.S. Dynamics of the tethered satellite system. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012. 331 p.

  27. Hovell K., Ulrich S. Attitude stabilization of an uncooperative spacecraft in an orbital environment using visco-elastic tethers. In: AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, January 9 — 13, Gaylord, Texas, (2016).

  28. Добранравов В.В., Никитин Н.Н., Дворников А.Л. Курс теоретической механики. — М.: Высшая школа, 1966. — 623 с.

  29. Williams P. Dynamic multibody modeling for tethered space elevators // Acta Astronautica. 2009. Vol. 65. no. 3-4. P. 399-422.

  30. Yuzhnoye State Design Office. http://www.yuzhnoye.com/en/technique/rocket-engines/low-thrust/ Accessed 25 December 2015.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход