ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.78

Технічна механіка, 2024, 3, 3- 21

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ КУТОВОЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ГНУЧКИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ КОНСТРУКЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ МОБІЛЬНИХ МЕТОДІВ КЕРУВАННЯ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.03.003

Алпатов A. П., Ван Чанцін, Лу Х., Лапханов E. O.

Алпатов A. П.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Ван Чанцін
Школа автоматизації, Північно-Західний політехнічний університет,
Китай

Лу Х.
Школа автоматизації, Північно-Західний політехнічний університет,
Китай
Інноваційний центр Чунціна, Північно-Західний політехнічний університет,
Китай

Лапханов E. O.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Розвиток космічної енергетики є одним із відомих напрямків в ракетно-космічній науці та інноваційних технологіях, що привертає увагу багатьох науковців і дослідників. Досить глибоке науково-теоретичне опрацювання в цьому напрямі мають інженерні рішення щодо розробки конструкцій сонячних електростанцій та засобів безконтактної передачі електроенергії на Землю та із супутника на супутник, а також методи керування енергетичними космічними апаратами. Однак, незважаючи на глибоке науково-теоретичне опрацювання, є потреба удосконалення існуючих методів і підходів щодо створення оптимальної методології проєктування космічних енергетичних апаратів. Одним із напрямів удосконалення підходів щодо створення космічних сонячних електростанцій та енергетичних супутників може бути застосування методів рухомого керування при розробці системи орієнтації, стабілізації та корекції орбіти. Використання таких методів дозволяє зменшити енергію, необхідну для забезпечення операцій керування.
      Метою роботи є дослідження особливостей рухомого керування та формування методології розробки системи орієнтації, стабілізації та корекції орбіти космічних енергетичних супутників з використанням алгоритмів рухомого керування. Розглянуто особливості синтезу алгоритмів рухомого керування для забезпечення орієнтації і стабілізації енергетичних космічних апаратів (сонячних електростанцій та енергетичних супутників). Проведено класифікацію задач керування енергетичними космічними апаратами та обґрунтовано доцільність застосування методів рухомого керування. Проведено аналіз проблеми стійкості, що виникає при керуванні енергетичними космічними апаратами з гнучкими елементами. Сформовано методичні рекомендації щодо визначення проєктних параметрів системи керування кутовим рухом сонячних космічних електростанцій та енергетичних космічних апаратів типу безконтактної передачі електроенергії із супутника на супутник. Цю методологію можна використовувати при створенні космічних електроенергетичних супутників.
     

енергетичний космічний апарат, система орієнтації, стабілізації та корекції орбіти, методи рухомого керування, методологія, безконтактна передача енергії

1. Yang Y., Zhang Y., Duan B., Wang D., Li X. A novel design project for space solar power station (SSPS- OMEGA). Acta Astronautica. 2016. Vol. 121. P. 51–58. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.12.029

2. Gosavi S. S., Mane1 H. G., Pendhari A. S., Magdum A. P., Deshpande S., Baraskar A., Jadhav M., Husainy A. A Review on Space Based Solar Power. Journal of Thermal Energy System. 2021. Vol. 6, Iss. 1. P. 16–24. https://doi.org/10.46610/JoTES.2021.v06i01.003(Date of access 25.09.2024)

3. Pagel J. P. A study of space-based solar power systems. Monterey, CA; Naval Postgraduate School. 2022. 61 p. URL: https://calhoun.nps.edu/server/api/core/bitstreams/67ff6f70-d130-4caf-9203-4545595e0bf3/content

4. Oberhaus D. Space Solar Power: An Extraterrestrial Energy Resource for the U.S. Innovation frontier project. 2021. URL: https://innovationfrontier.org/wp-content/uploads/2021/08/Space-Solar-Power_An-Extraterrestrial-Energy-Resource-for-the-U.S..pdf (Date of access 25.09.2024)

5. Bergsrud C., Straub J. A space-to-space microwave wireless power transmission experiential mission using small satellites. Acta Astronautica. 2014. Vol. 103. P. 193–203. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.06.033

6. Aditya B., Hongru C., Yasuhiro Y., Shuji N., Toshiya H. Verify the Wireless Power Transmission in Space using Satellite to Satellite System. International Journal of Emerging Technologies. 2021. Vol. 12(2). P. 110–118.

7. Лапханов Е. О., Палій О. С., Своробін Д. С. Визначення проєктних параметрів системи керування енергетичних космічних апаратів для безконтактного живлення космічної індустріальної платформи. Технічна механіка. 2023. №. 4. С. 15 – 30. https://doi.org/10.15407/itm2023.04.015

8. Алпатов А. П. Динамика космических летательных аппаратов. НПП Видавництво «Наукова думка». 2016. 490 с.

9. Закржевский А. Е., Хорошилов В. С. Динамика космического аппарата при приведении в проектное положение крупногабаритной упругой конструкции. Техническая механика. 2014. No. 4. P. 15–26.

10. Yermoldina G. T., Suimenbayev B. T., Sysoev V. K., Suimenbayeva Zh. B. Features of space solar power station control system. Acta Astronautica. 2019. Vol. 158. P. 111–120. URL: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.04.001

11. Hu W., Deng Z. A. review of dynamic analysis on space solar power station. Astrodyn. 2023. Vol. 7. P. 115–130. https://doi.org/10.1007/s42064-022-0144-2

12. Хорошилов С. В. Об алгоритмическом обеспечении управления ориентацией солнечных космических электростанций.. Часть 1. Системные технологии. 2009. Т. 61. №. 2. P. 153–167.

13. Barkova M. E., Zhukov A. O., Kartsan I. N., Klimov D. I., Kuznetsova V. O. Mathematical model for pointing and holding the energy signal of a solar space power plant. Journal of Physics: Conference Series. 2022. P. 2373. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2373/2/022054

14. Хорошилов С. В. Об алгоритмическом обеспечении управления ориентацией солнечных космических электростанций. Часть 2. Системные технологии. 2012. Выпуск 2(61). С. 12–24.

15. Wie B., Roithmayr C. M. Attitude and Orbit Control of a Very Large Geostationary Solar Power Satellite. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2005. Vol. 28. No. 3. P. 439–451. https://doi.org/10.2514/1.6813

16. Zhang K., Wu S., Liu Y., & Wu Z. Optimal Attitude Sensors Placement for a Solar Power Satellite Considering Control–Structure Interaction. AIAA Journal. 2019. Vol. 57. No. 10. P. 1–5. https://doi.org/10.2514/1.J058570

17. Lapkhanov E., Khoroshylov S. Development of the aeromagnetic space debris deorbiting system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 5. No. 5(101). P. 30–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382

18. Wang B., Ni Z., & Fang B. Vibration control of space solar power station in complex environments using giant magnetostrictive actuator. Acta Astronautica. 2021. Vol. 182. P. 119–130. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.02.008

19. Алпатов, А. П. Подвижное управление механическими системами. НАН Украины, Ин-т техн. механики. - К. : Наукова думка. 1998. 245 с.

20. Alpatov, A., Dron’, M., Golubek, A., Lapkhanov E. Combined method for spacecraft deorbiting with angular stabilization of the sail using magnetorquers. CEAS Space J. 2023. Vol. 15. P. 613–625. https://doi.org/10.1007/s12567-022-00469-6

21. Лапханов Е. О. Розробка методичних підходів для синтезу алгоритмів керування відведенням космічного апарата із застосуванням аеромагнітної системи відведення. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії, Дніпро. 2021. 254 с.

22. Markley F. L., Crassidis J. L. Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control. Springer, Softcover reprint of the original 1st ed. 2014 edition (September 3, 2016). 501 p.

23. Fortescue P., Stark J., Swinerd G. Spacecraft systems engineering. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, 2011. 724 p. https://doi.org/10.1002/9781119971009

24. Палій О. С., Лапханов Е. О., Своробін Д. С. Модель керування рухом космічних розподілених енергетичних систем. Технічна механіка. 2022. №. 4. С. 35–50. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2022.04.035

25. Гордеев В. Н. Кватернионы и бикватернионы с приложениями в геометрии и механике. Киев: Издательство "Сталь". 2016. 316 с.

26. Бидерман В. Л. Теория механических колебаний. Москва: Высшая школа. 1980. 408 с.

27. Храмов Д. А. Визуальное моделирование движения космического аппарата. Техническая механика. 2015. №. 2. С. 49–58.

28. Mahardika R., Widowati, Sumanto Y. D. Routh-Hurwitz criterion and bifurcation method for stability analysis of tuberculosis transmission model. Journal of Physics: Conference Series. 2019. Ser. 1217 012056. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1217/1/012056

Copyright (©) 2024 Алпатов A. П., Ван Чанцін, Лу Х., Лапханов E. O.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка