ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 629.78

Техническая механика, 2018, 4, 21 - 29

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ УВОДА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ОКОЛОЗЕМНЫХ ОРБИТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОБСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Лапханов Э. А., Палий A. С.

Лапханов Э. А.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Палий A. С.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      Цель статьи – анализ эффективности применения двигательных установок с постоянными магнитами в качестве альтернативного способа увода объектов космического мусора с низких околоземных орбит.
      В работе рассмотрены текущие задачи, связанные с разработкой методов и созданием средств увода космических аппаратов, срок активного существования которых закончился, с рабочих орбит с помощью собственных электромагнитных и магнитных полей, генерируемых с помощью различных магнитных устройств. Проведен обзор современных систем увода космических аппаратов, базирующихся на генерации собственного электромагнитного поля, которое при взаимодействии с динамическим потоком ионосферной плазмы и магнитным полем Земли создает тормозящую силу и таким образом уводит космический аппарат с орбиты. Определены преимущества и недостатки электромагнитных двигательных систем космических аппаратов. Предложены альтернативный метод и система увода с орбиты объектов космического мусора с помощью двигательных устройств на постоянных магнитах. Представлена конструктивная схема устройства с постоянными магнитами, и предложен алгоритм принципа ее действия. Проведен анализ экранов для магнитных и электромагнитных полей, и выбран наиболее подходящий экранирующий материал. Выбранный экранирующий материал представляет собой многослойный экран, состоящий из алюминиевых, медных и магнитных слоев. Разработана математическая модель орбитального движения космического аппарата с устройством на постоянных магнитах. С помощью пакета прикладных программ SciLab рассчитано время увода для разных космических аппаратов и высот орбит. Исходя из полученных результатов расчета сделан вывод, что эффективность воздействия тормозящей силы зависит от соотношения между инерционными характеристиками космических аппаратов и объемов постоянных магнитов, которые устанавливаются на данные аппараты. Определено, что для больших космических аппаратов, массой свыше 2 т, использование двигательных устройств с постоянными магнитами в качестве систем увода является неэффективным. Это обуславливается непропорциональностью между ростом тормозящей силы в зависимости от объема постоянного магнита и ростом инерциальных характеристик космического аппарата при увеличении его массы. Опираясь на данные результаты, определены границы эффективного применения двигательных устройств с постоянными магнитами.

постоянные магниты, космический аппарат, системы увода космических аппаратов, магнитное поле, электромагнитное поле, электрическое поле, динамический поток ионосферной плазмы

1. The Orbital Debris Quarterly News. NASA JSC Houston. 2018. Iss 2. Vol. 22. P. 8

2. Christophe Bonnal, Jean-Marc Ruault, Marie-Christine Desjean. Active debris removal: Recent progress and current trends. Acta Austronautica. April – May 2013, Vol. 85, P. 51 – 60.

3. The clean space blog. European Space Agency. 2018. URL: http://blogs.esa.int/cleanspace/2018/04/27/active-debris-removal-to-enable-space-servicing-vehicles/ . (date of access 03.09.2018).

4. Палий А.С. Методы и средства увода космических аппаратов с рабочих орбит (состояние проблемы). Техническая механика. 2012. №1. С. 94 – 102.

5. Палий А.С., Скорик А.Д. Анализ возможности использования аэродинамических систем для увода модульных крупногабаритных космических объектов с низких околоземных орбит. Техническая механика. 2014. №2. С. 43 – 51.

6. Winglee R.M., Slough J., Ziemba T., Goodson A. Mini-Magnetospheric Propulsion: Tapping the energy of the solar wind for spacecraft propulsion. Journal of geophysical research. 2000. Vol. 105. NO. A9. P 21067 – 21077.

7. Ikkoh Funaki, Hiroshi Yamakawa. Solar Wind Sails, Exploring the Solar Wind, Dr. Marian Lazar (Ed.). ISBN: 978-953-51-0339-4. InTech. 2012. P. 439 – 463. URL: https://www.intechopen.com/books/exploring-the-solar-wind/solar-wind-sails (date of access 03.09.2018).

8. Hoyt R., Forward R. Performance of the Terminator Tether for Autonomous Deorbit of LEO Spacecraft. AIAA-99-2839 35-th Join Propulsion Conference & Exhibit. 20 – 24 June. Los Angeles. 1999. P. 1 – 10.

9. Hoyt R., Forward R. Application of the terminator tether™ electrodynamic drag technology to the deorbit of constellation spacecraft. American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc. 1998. P. 1 – 19. URL: http://www.tethers.com/papers/TTPaper.pdf (date of access 03.09.2018).

10. Carmen Pardini, Toshiya Hanada, Paula H. Krisko. Benefits and Risks of using electrodynamic tethers to deorbit spacecraft. IAC-06-B6.2.10. URL: https://www.iadc-online.org/Documents/IADC-06-08.pdf (date of access 03.09.2018).

11. Yasumasa Ashida. Study on propulsive characteristics of magnetic sail and magneto plasma sail by plasma particle simulations: PhD dissertation. Kioto. 2014. P. 7 – 50. URL: https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/185206/2/dkogk03813.pdf (date of access 03.09.2018).

12. Шувалов В. А., Кучугурный Ю. П. Экспериментальное обоснование концепции искусственной мини-магнитосферы как средства управления движением космических аппаратов в ионосфере Земли. Космическая наука и технология. 2018. Т.24 №2. С. 43 – 46.

13. Shuvalov V. A., Gorev N. B., Tokmak N. A., Pis'menny N. I., Kochubei G. S. Control of the drag on a spacecraft in the earth’s ionosphere using the spacecraft’s magnetic field. Acta Astronautica. 2018. Vol. 151. P. 717 – 725.

14. Shuvalov V. A., Tokman N.A., Pis'mennyi N.I., Kochubei G.S. Dynamic Interaction of a Magnetszed Body with a Rarefied Plasma Flow. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2016. r.57. №1. P. 145 – 152.

15. Патент України на корисну модель № 125265, МПК B64G 1/00, B64G 1/10, B64G 1/24. Спосіб орбітального перельоту космічного об'єкта. Шувалов В. О., Дегтяренко П. Г., Симанов В. Г., Хорольський П. Г., Лобода П. І. u2017 09603 ; заявл. 02.10.2017 ; опубл. 10.05.2018.

16. Лапханов Э. А., Палий А. С. Современные задачи связанные с созданием и уводом с орбиты группировок космических аппаратов класса нано и пико. Авиационно-космическая техника и технология. 2018, № 4 (148). С. 20 – 35.

17. Лапханов Э. О., Палий А. С. Анализ возможности применения двигательной установки с постоянным магнитом для космических аппаратов на околоземную орбиту. Системные технологии. Региональный межвузовский сборник научных работ. Днепр, 2018. Выпуск 4 (117). С.24 – 35.

18. Заявка на патент України на винахід № а201801742, МПК B 64 G 1/62. Спосіб очищення навколоземного простору від об'єктів космічного сміття шляхом відведення їх з орбіти за допомогою власного магнітного поля [Текст] / Шувалов В. О., Палій О. С., Лапханов Е. О. № а201801742, заявл. 21.02.2018.

19. Абасов Р. К. Применение углеродных материалов в экранировании электромагнитных полей. Политехнический молодежный журнал. 2016. №5. С. 1 – 9.

20. Островский О. С., Одаренко Е. Н., Шматько А. А. Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн. ФИП. 2003. Том. 1 №2. С. 161 – 173.

21. Сафонов А. Л., Сафонов Л. И. Электрические прямоугольные соединители. Многослойные металлизированные экраны защиты от ЭМП и способы их получения. Технологии в электронной промышленности. 2015. №1. С. 64 – 69.

22. Dmitrenko V. V., Phyo Wai Nyunt, Vlasik K. F., Grachev V. M., Grabchikov S. S., Muravyev-Smirnov S. S., Novikov A. S., Ulin S. E., Uteshev Z. M., Chernysheva I. V., Shustov A. Y. Electromagnetic Shields Based on Multilayer Film Structures. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2015 Vol 42. № 2. P. 43 – 47.

Copyright (©) 2018 Лапханов Э. А., Палий A. С.

Copyright © 2014-2018 Техническая механика