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, 2020, 1, 19 - 30

ДО ВИЗНАЧЕННЯ ПРОЄКТНИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНОЇ КОСМІЧНОЇ ТРОСОВОЇ СИСТЕМИ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.01.019

Міщенко О. В., Пироженко О. В.

Міщенко О. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Пироженко О. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Метою цієї роботи є вироблення рекомендацій щодо вибору проєктних параметрів пасивної електродинамічної космічної тросової системи (ЕДКТС). На основі моделей орбітального і відносного руху ЕДКТС з урахуванням взаємодії з навколишнім середовищем проведено аналіз закономірностей руху ЕДКТС. Показано, що коливання системи біля положення рівноваги приводять до зменшення сили натягу, а при амплітуді коливань, близькій до 60 градусів, натяг троса зовнішніми силами пропадає (відбувається провисання троса). Зміна концентрації заряджених частинок, а також індукції магнітного поля Землі і ряд інших величин, що змінюються при орбітальному русі, приводять до зміни амперових сил з кутовою швидкістю центра мас ЕДКТС. Це спричиняє зміни ексцентриситету орбіти і приводить до його збільшення. Попередні оцінки показують, що для розглянутих орбіт ці зміни незначні, і, в разі початкової майже кругової орбіти, кінцеві орбіти залишаються майже круговими (тобто з малим ексцентриситетом).
      Проведено аналіз залежності часу відведення космічних апаратів (КА) з ЕДКТС без додаткових контакторів від маси КА, параметрів троса і параметрів початкової орбіти. Розрахунки показують ефективність використання ЕДКТС без додаткових контакторів для відведення нано- і мікросупутників з низьких навколоземних орбіт. Показано, що збільшення довжини і радіусу троса ЕДКТС істотно скорочує час відведення КА. Час відведення КА з ЕДКТС істотно залежить від нахилу орбіти. Час відведення з приполярних орбіт збільшується в порівнянні зі середньоширотними орбітами в 3–6 разів і в порівнянні з екваторіальними – більш ніж на порядок. Це відбувається внаслідок малих значень складових індукції магнітного поля, перпендикулярних площині орбіти, для приполярних орбіт. Отримані моделі і закономірності можуть бути використані на початковому етапі проєктування малих пасивних електродинамічних космічних тросових систем.
     

електродинамічна космічна тросова система, система відведення космічних апаратів, початковий етап проєктування, проєктні параметри

1. Белецкий В. В., Левин Е. М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990. 329 с.

2. Strim B., Pasta M., Allais E. TSS-1 vs. TSS-1R. Fourth International Conference on Tether In Space, Washington, 10–14 April, 1995. P. 27–42.

3. Sanmartin J. R., Martinez-Sanchez M., Ahedo E. Bare Wire Anodes for Electrodynamic Tethers. Journal of Propulsion and Power. 1993. V. 9, № 3. P. 353–360. https://doi.org/10.2514/3.23629

4. Ahedo E., Sanmartin J. R. Analysis of Bare-Tether Systems for Deorbiting Low-Earth-Orbit Satellites. Journal of Spacecraft and Rockets. 2002. V. 39, № 2. P. 198–205. https://doi.org/10.2514/2.3820

5. Khan S. B., Sanmartin J. R. Survival Probability of Round and Tape Tethers Against Debris Impact. Journal of Spacecraft and Rockets. 2013. V. 50, № 3. P. 603–608. https://doi.org/10.2514/1.A32383

6. Мищенко А. В., Пироженко А. В., Шувалов В. А. Взаимодействие электродинамической космической тросовой системы с ионосферной плазмой. Вестник Днепропетровского национального университета: Ракетно-космическая техника. 2007. № 9/2. С. 190–196.

7. Пироженко А. В., Мищенко А. В. Малая экспериментальная электродинамическая космическая тросовая система. Электрическая модель. Космическая наука и технология. 2018. № 3. С. 3–9. https://doi.org/10.15407/knit2018.03.003

8. Пироженко А. В., Маслова А. И. , Мищенко А. В., Храмов Д. А., Волошенюк О. Л. Проект малой экспериментальной электродинамической космической тросовой системы. Космическая наука и технология. 2018. № 2. C 3–11 https://doi.org/10.15407/knit2018.03.003

9. Williams J. D., Sanmartin J. R., Rand L. P. Low Work-Function Coating for an Entirely Propellantless Bare Electrodynamic Tether. IEEE Transactions on Plasma Science. 2012. V. 40, № 5. P. 1441–1445. https://doi.org/10.1109/TPS.2012.2189589

10. Sanmartin J. R., Chen X., Sanchez-Arriaga G. Analysis of Thermionic Bare tether operation regimes in passive modes. 14th Spacecraft Charging Technology Conference, ESA/ESTEC, Noordwijk, 04 – 08 April 2016. P. 1–4.

11. Bronner B., Trung D, Developing the Miniature Tether Electrodynamics Experiment (MiTEE). URL: http://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3293&context=smallsat (accessed 5.02.2020).

12. HTV-KITE Experiment. URL: http://spaceflight101.com/htv-6/htv-kite-experiment/ (accessed 5.02.2020).

13. S. Coffey, B. Kelm, A. Hoskin, J. Carroll, E. Levin, TEPCE 1, 2. URL: https://space.skyrocket.de/doc_sdat/tepce.htm (accessed 05.02.20).

14. Coffey S., Kelm B., Hoskin A., Carroll J., Levin E. Tethered elctrodynamic propulsion CubeSat experiment (TEPCE). Proceedings of Air Force Orbital Resources Ionosphere Conference. 2010. P. 12–14.

15. Johnson L., Fujii H. A., Sanmartin J. R. Electrodynamic Propulsion System Tether Experiment (T-REX). URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100024214.pdf (accessed 05.02.2020).

16. Пироженко А. В. К построению новых форм уравнений возмущенного кеплерова движения. Космическая наука и технология. 1999. Т. 5, № 2. С. 103–107. https://doi.org/10.15407/knit1999.02.103

17. Алпатов А. П., Белецкий В. В., Драновский В. И., Закржевский А. Е., Пироженко А. В., Трогер Г., Хорошилов В. С. Динамика космических систем с тросовыми и шарнирными соединениями. Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, 2007. 558 с.

18. Белецкий В. В. Очерки о движении космических тел. 3-е издание, испр. и доп. М.: ЛКИ, 2009. 432 с.

19. International Reference Ionosphere - IRI-2016 // SPDF Goddard Space Flight Center. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/iri2016_vitmo.php

20. ГОСТ 25645.126–85. Поле геомагнитное. Модель поля внутриземных источников. Действующий от 1987 01 01. М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1989. 22 с.

21. Finlay C. C., Maus S., Beggan C. D., Bondar T. N., Chambodut A. and other (34 authors). International Geomagnetic Reference Field: the eleventh generation. Geophysical Journal International. 2010. V. 183, № 3. P. 1216–1230. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04804.x

22. Маслова А. И., Пироженко А. В. Изменение орбиты под действием малого постоянного торможения. Космическая наука и технология. 2016. Т. 22, № 6. С. 20–25. https://doi.org/10.15407/knit2016.06.020

Copyright (©) 2020 Міщенко О. В., Пироженко О. В.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка