Динамика захвата космического мусора гарпуном

Авторы

Асланов В. С.^*, Сизов Д. А.^**

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

*e-mail: aslanov_vs@mail.ru
**e-mail: sizov.syzran@gmail.com

Аннотация

В работе рассматривается процесс захвата космического мусора гарпуном. Механическая система состоит из захватываемого объекта, вращающегося в плоскости орбиты, и гарпуна. Построена математическая модель системы, в которой сила воздействия гарпуна на объект изменяется во времени, что позволяет учесть как особенности конструкции гарпуна, так и особенности процесса его проникания в оболочку объекта и в конечном итоге выбрать параметры гарпуна. Разработана упрощенная модель захвата в случае абсолютно неупругого удара и определены пределы ее применимости. Найдены условия перевода вращающегося объекта в колебательное движение под действием гравитационного момента после удара гарпуна. Результаты исследования могут быть использованы при разработке систем увода космического мусора с околоземных орбит.

Ключевые слова:

космический мусор, гарпун, захват, пробивание

Библиографический список

1. Schaub H., Jasper L.E., Anderson P.V., McKnight D S. Cost and risk assessment for spacecraft operation decisions caused by the space debris environment // Acta Astronautica, 2015, vol. 113, pp. 66 – 79.

2. Shan M., Guo J., Gill E. Review and comparison of active space debris capturing and removal methods // Progress in Aerospace Sciences, 2016, vol. 80, pp. 18 – 32.

3. 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: http://trudymai.ru/published.php?ID=24856

4. Авдеев А.В., Метельников А.А. Бортовая лазерная силовая установка для борьбы с космическим мусором // Труды МАИ. 2016. № 89. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=72840

5. Botta E. M., Sharf I., Misra A.K., Teichmann M. On the simulation of tether-nets for space debris capture with Vortex Dynamics // Acta Astronautica, 2016, vol. 123, pp. 91 – 102.

6. Nishida S.I., Kawamoto S., Okawa Y., Terui F., Kitamura S. Space debris removal system using a small satellite // Acta Astronautica, 2009, vol. 65, no. 1-2, pp. 95 – 102.

7. Reed J., Barraclough S. Development of harpoon system for capturing space debris // ESA Special Publication, 2013, vol. 723, pp. 8.

8. Dudziak R., Tuttle S., Barraclough S. Harpoon technology development for the active removal of space debris // Advances in Space Research, 2015, vol. 56, no. 3, pp. 509 – 527.

9. 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

10. Forshaw J.L. et al. Final payload test results for the RemoveDebris active debris removal mission // Acta Astronautica, 2017, vol. 138, pp. 326 – 342.

11. Kawamoto S., Matsumoto K., Wakabayashi S. Ground experiment of mechanical impulse method for uncontrollable satellite capturing // Proceeding of the 6th International Symposium on Artificial Intelligence and Robotics & Automation in Space (i-SAIRAS), Montreal, Canada, 2001, pp. 8.

12. Bennett T., Schaub H. Touchless electrostatic three-dimensional detumbling of large axi-symmetric debris // The Journal of the Astronautical Sciences, 2015, vol. 62, no. 3, pp. 233 – 253.

13. Gómez N.O., Walker S. J.I. Guidance, navigation, and control for the eddy brake method // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, vol. 40, no. 1, pp. 52 – 68.

14. Yudintsev V., Aslanov V. Detumbling space debris using modified yo-yo mechanism // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, vol. 40, no. 3, pp. 714 – 721.

15. Børvik T., Langseth M., Hopperstad O.S., Malo K.A. Perforation of 12 mm thick steel plates by 20 mm diameter projectiles with flat, hemispherical and conical noses: part II: numerical simulations // International Journal of Impact Engineering, 2002, vol. 27, no. 1, pp. 37 – 64.

16. Rusinek A., Rodríguez-Martínez J.A., Zaera R., Klepaczko J.R., Arias A., Sauvelet C. Experimental and numerical study on the perforation process of mild steel sheets subjected to perpendicular impact by hemispherical projectiles // International Journal of Impact Engineering, 2009, vol. 36, no. 4, pp. 565 – 587.

17. Antoinat L., Kubler R., Barou J.L., Viot P., Barrallier L. Perforation of aluminium alloy thin plates // International Journal of Impact Engineering, 2015, no. 75, pp. 255 – 267.

18. Golsdmith W., Finnegan S.A. Penetration and perforation processes in metal targets at and above ballistic velocities // International Journal of Mechanical Sciences, 1971, vol. 13, no. 10, pp. 843 – 866.

19. Goldsmith W. Non-ideal projectile impact on targets // International Journal of Impact Engineering, 1999, vol. 22, no. 2-3, pp. 95 – 395.

20. Virostek S.P., Dual J., Goldsmith W. Direct force measurement in normal and oblique impact of plates by projectiles // International Journal of Impact Engineering, 1987, vol. 6, no. 4, pp. 247 – 269.

21. Wierzbicki T., Abramowicz W. On the crushing mechanics of thin-walled structures // Journal of Applied mechanics, 1983, vol. 50, no. 4, pp. 727 – 734.

22. Zarei H., Kröger M. Optimum honeycomb filled crash absorber design // Materials & Design, 2008, vol. 29, no. 1, pp. 193 – 204.

23. Santosa S., Wierzbicki T. Crash behavior of box columns filled with aluminum honeycomb or foam // Computers & Structures, 1998, vol. 68, no. 4, pp. 343 – 367.

24. Белецкий В.В. Движение спутника относительно центра масс в гравитационном поле. –  М.: Изд—во МАИ, 1975. – 308 с.

Скачать статью