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, 2019, 4, 44 - 58

АЛГОРИТМИ ФУНКЦІОНУВАННЯ АВТОНОМНОЇ СИСТЕМИ УПОВІЛЬНЕННЯ ОБЕРТОВОГО РУХУ НЕКООПЕРОВАНОГО ОБ'ЄКТА ОРБІТАЛЬНОГО СЕРВІСУ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2019.04.044

Фоков О. А., Савчук О. П.

Фоков О. А.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Савчук О. П.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Здійснення багатьох операцій орбітального сервісу вимагає виконання механічного захоплення об'єкта обслуговування. Однією із задач, розв'язуваних при захопленні об'єкта, є задача уповільнення його обертового руху. Наведено приклади відомих проектів вирішень даної задачі. Спираючись на відому концепцію двоступінчастої схеми захоплення об'єкта й на відомі концепції стільникової архітектури космічного апарата й космічного робота, запропоновано застосувати концепцію стільникової архітектури до побудови автономної системи уповільнення обертового руху некооперованого об'єкта орбітального сервісу. Система являє собою інформаційно поєднані модулі або комірки, які закріплені на об'єкті сервісу (твердому тілі) і мають мінімально необхідні функціональні можливості. Під можливостями розуміються такі: вимірювання за допомогою акселерометрів лінійних прискорень у точках кріплення сенсорних комірок до тіла; прикладення силових впливів до об'єкта за допомогою виконавчих органів у вигляді двигунних пристроїв; обмін даними і їхня обробка для визначення силових впливів з боку двигунних пристроїв. У статті вирішується задача розробки алгоритмів функціонування розглянутої системи, а саме визначення параметрів кутового руху й положення центра мас за даними акселерометрів і визначення керуючих впливів для зменшення обертання об'єкта. Ціль роботи – обґрунтування можливості побудови запропонованої автономної системи. У результаті роботи задачі оцінювання параметрів кутового руху, оцінювання положення центра мас, формування гальмівного імпульсу, оцінки тензора інерції об'єкта зведено до знаходження лінійної незміщеної оцінки з мінімальною середньоквадратичною помилкою, до нормального псевдорозв’язання недовизначеної й до розв’язання перевизначеної систем алгебраїчних рівнянь. Виконано числове моделювання функціонування автономної системи, результати якого підтвердили працездатність запропонованих алгоритмів і, тим самим, принципову можливість створення запропонованої автономної системи. Запропонована концепція побудови автономної системи уповільнення обертового руху об'єкта орбітального сервісу й розроблені алгоритми її функціонування можуть бути використані при проектуванні космічних апаратів орбітального сервісного обслуговування.
     

орбітальний сервіс, некооперований об'єкт, автономна система уповільнення обертання, алгоритми функціонування, визначення параметрів обертового руху, формування керуючих дій

1. Clerc X., Retat I. Astrium vision on space debris removal. Proceedings of 63rd International Astronautical 1. Congress. Naples, Italy, 2012. 13 p.

2. Nishida S. Strategy for capturing of a tumbling space debris. Acta Astronautica. 2011. Vol. 68. P. 113–120. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2010.06.045

3. CleanSpace One Gripper Report. Phase 0. / Swiss Space Center EPFL ; Lausanne, Switzerland, 2013. 57 p.

4. Kitamura S., Hayakawa Y., Kawamoto S. A reorbiter for GEO large space debris using ion beam irradiation. Proceedings of 32-nd International Electric Propulsion Conference. Wiesbaden, Germany, 2011. P. 13.

5. Bombardelli C., Pelaez J. Ion Beam Shepherd for Contactless Space Debris Removal. Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2011. Vol. 34, № 3. P. 916–920. https://doi.org/10.2514/1.51832

6. Alpatov A. P., Fokov A. A., Khoroshylov S. V., Savchuk A. P. Error Analysis of Method for Calculation of Non-Contact Impact on Space Debris from Ion Thruster. Mechanics, Materials Science & Engineering. 2016. № 5. P. 64–76.

7. Lavagna M., Benvenuto R., De Luca L., Maggi F., Tadini P., Graziano M. Contactless active debris removal: the hybrid propulsion alternative. Proceedings of 5-th European Conference for Aerospace Sciences. Munich, 2013. P. 33.

8. Головко М. Г., Безуглый В. А., Бондаренко С. Г., Рубаха Ю. А., Покровский Р. О. Технические аспекты борьбы с космическим мусором. Екологія та ноосферологія. 2012. Т. 23, № 1–2. С. 110–120.

9. Space Transport Development Using Orbital Debris: Final Report on NIAC Phase I / Tether Applications, Inc. ; Carroll J.A. Research Grant No. 07600-087, 2002. 43 p.

10. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=2057 (дата звернення: 28.10.2019).

11. Jiang H., Hawkes E. W., Fuller C., Estrada M. A., Suresh S. A., Abcouwer N., Han A. K., Wang S., Ploch C. J., Parness A., Cutkosky M. R. A robotic device using gecko-inspired adhesives can grasp and manipulate large objects in microgravity. Science Robotics. 2017. Vol. 2, Issue 7. 45 p.

12. Chang H., Huang P., Lu Z., Meng Z., Liu Z., Zhang Y. Cellular Space Robot and Its Interactive Model Identification for Spacecraft Takeover Control. International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). Daejeon, Korea. 2016. P. 3069–3074.

13. Chang H., Huang P., Lu Z., Meng Z., Liu Z., Zhang Y. Inertia parameters identification for cellular space robot through interaction. Aerospace Science and Technology. 2017. Vol. 71, P. 464–474.

14. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана–Бьюси. Москва, 1982. 200 с.

15. Zhou B-Z., Cai G-P., Liu Y-M., Liu P. Motion Prediction of a Non-Cooperative Space Target. Advances in Space Research. 2017. Vol. 61, № 1. P. 207–222.

16. Benninghoff H., Boge T. Rendezvous involving a non-cooperative, tumbling target - estimation of moments of inertia and center of mass of an unknown target. Conference Paper. Conference: International Symposium on Space Flight Dynamics, At Munich 2015. Vol. 25. 16 p.

17. Корн Г. К, Корн Т. К. Справочник по математике. Москва, 1974. 832 с.

Copyright (©) 2020 Фоков О. А., Савчук О. П.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка