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, 56 - 66

ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ МАГНІТНИХ ОРГАНІВ КЕРУВАННЯ ДЛЯ ЗДІЙСНЕННЯ ГРУБОЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З АЕРОМАГНІТНИМИ СИСТЕМАМИ ВІДВЕДЕННЯ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.01.056

Лапханов Е. О.

Лапханов Е. О.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Розробка гібридних засобів відведення відпрацьованих космічних апаратів є перспективним напрямком в створенні технологій боротьби із засміченням навколоземного простору. Головною метою розвитку цього напрямку є пошук оптимальних рішень при розробці нових засобів відведення космічних апаратів з навколоземних орбіт із урахуванням певних експлуатаційних обмежень застосування відомих систем відведення. Виходячи з цього, перевагою гібридних засобів відведення є розширення меж ефективного застосування сучасних систем відведення шляхом об’єднання певних технічних особливостей кожної з них при розробці нової системи.
      Одним із напрямків у створенні гібридних засобів відведення об’єктів космічного сміття є розробка аеромагнітних систем відведення космічних апаратів з низьких навколоземних орбіт. Особливістю даного класу систем є забезпечення керованого відведення при застосуванні аеродинамічних плоских вітрильних елементів. Задача керування полягає у орієнтації і кутовій стабілізації плоского аеродинамічного елемента перпендикулярно до динамічного потоку атмосфери, що набігає. Дослідження показали, що забезпечення такої стабілізації плоского вітрильного елемента збільшує силу аеродинамічного гальмування на (20 – 40) % та зменшує час відведення на (25 – 30) % у порівнянні з неорієнтованим відведенням, що розширює межі застосування аеродинамічних вітрильних систем відведення. Керуючими виконавчими органами орієнтацією аеродинамічного елемента в аеромагнітних системах відведення є магнітні системи орієнтації (МСО). Слід зазначити, що головним критерієм ефективного застосування МСО в даній місії є забезпечення мінімальних витрат електричної бортової енергії. Це може бути реалізовано при застосуванні пристроїв з виконавчими органами на постійних магнітах (ВОПМ) або електромагнітів космічного апарата (магнетторків) в режимі грубої стабілізації. В свою чергу, в режимі грубої стабілізації, мінімальні витрати бортової електричної енергії спостерігаються при застосуванні методів рухомого керування для магнетторків та нелінійного дискретного закону керування для ВОПМ.
      Таким чином, метою роботи є розробка методичних основ для застосування ВОПМ і магнетторків при стабілізації відпрацьованих космічних апаратів з аеромагнітними системами відведення. В роботі проведено аналітичне порівняння застосування ВОПМ і магнетторків в залежності від особливостей конструкції космічних апаратів і їхніх масових, габаритних та енергетичних характеристик. Розроблено алгоритм вибору цих МСО для застосування на космічних апаратах різного класу, що оснащуються аеромагнітними системами відведення.
     

аеромагнітна система відведення, магнітні системи орієнтації, космічний апарат, деорбітинг

1. The Orbital Debris Quarterly News. NASA JSC Houston. 2019. Vol. 23. Iss 4. P. 10.

2. Алпатов А. П., Гольдштейн Ю. М. Баллистический анализ распределения орбит космических аппаратов различного функционального назначения. Техническая механика. 2017. №2. С. 33–40. https://doi.org/10.15407/itm2017.02.033

3. Alpatov A. P., Holdshtein Yu. M. On the choice of the ballistic parameters of an on-orbit service spacecraft. Teh. Meh. 2019. Vol. 1. P. 25–37. https://doi.org/10.15407/itm2019.01.025

4. Donald J. Kessler1, Nicholas L. Johnson, J.-C. Liou, Mark Matney. The Kessler Syndrome: Implications to Future Space operations. 33-rd Annual AAS guidance and control conference. Breckenridge, Colorado. February 6 – 10, 2010. URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.394.6767&rep =rep1&type=pdf (дата звернення 20.01.2020)

5. Минин А., Афанасьев И. Старт миссии Starlink – интернет для всего мира. Русский космос. 2019. С. 42– 45. URL: https://www.roscosmos.ru/media/img/2019/august/rk2019-07.pdf (дата звернення 25.01.2020)

6. Алпатов А. П. Информационные модели и технологии борьбы с антропогенным загрязнением ближнего космоса. Системные технологии. 2018. №3 (116). С. 3–14.

7. Алпатов А. П., Маслова А. И., Хорошилов С. В. Бесконтактное удаление космического мусора ионным лучом. International Book Market Sevice Ltd, member of OmniScriptum Publishing Group, Beau Bassin. 2018. 331 c.

8. Shan M., Guo J., Gill E. Review and comparison of active space debris capturing and removal methods. Pro-gress in Aerospace Sciences. 2016. vol. 80. P. 18 – 32. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2015.11.001

9. Pelton J.N. New solutions for the space debris problem. Springer. 2015. 94 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-17151-7

10. Лапханов Е. О. Особливості розробки засобів відведення космічних апаратів з навколоземних робочих орбіт. Технічна механіка. 2019. № 2, С. 16 –30. https://doi.org/10.15407/itm2019.02.016

11. Пикалов Р. С., Юдинцев В. В. Обзор и выбор средств увода крупногабаритного космического мусора. Труды МАИ. 2018. №100. URL: http://trudymai.ru/upload/iblock/239/Pikalov_YUdintsev_rus .pdf?lang=ru&issue=100 (дата звернення 20.01.2020).

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

13. Хорошилов С. В. Синтез робастного регулятора системы управления "пастуха с ионным лучом". Тех- ническая механика. 2017. № 1. С. 26–39. https://doi.org/10.15407/itm2017.01.026

14. Dron’ M., Golubek O. , Dubovik L., Dreus A., Heti K. Analysis of the Ballistic Aspects of the Combined Method of Deorbiting Space Objects From the Near-Earth Orbits. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2019. – № 2/5 (98). P. 49–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161778

15. Своробин Д. С., Фоков А. А., Хорошилов С. В. Анализ целесообразности использования аэродинамиче-ского компенсатора при бесконтактном удалении космического мусора. Авиационно-космическая тех-ника и технология. 2018. №6. С. 4–11. https://doi.org/10.32620/aktt.2018.6.01

16. Lapkhanov E. Khoroshylov S. Development of the aeromagnetic space debris deorbiting system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 5. Iss. 5(101). Pp. 30–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382

17. Трофимов С. П. Увод малых космических аппаратов с верхнего сегмента низких орбит с помощью па-руса для увеличения силы светового давления. Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2015. № 32. 32 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2015-32 (дата звернення 20.01.2020).

18. Борщева Г. А., Маслей В. Н.,. Шовкопляс Ю. А,. Ярмольчук Е. Д. Cтруктура и основные характеристики космической системы «СІЧ-2». Космическая техника. Ракетное вооружение. 2015. №. 2 (109). С. 16–24.

19. Алпатов А. П. Динамика космический летательных аппаратов. НПП. «Видавництво «Наукова думка»». 2016. 487 с.

20. Хорошилов С. В. Система керування відносним рухом космічного апарата для безконтактного вида- лення космічного сміття. Наука та інновації. 2018. 14(4). С. 5–8. https://doi.org/10.15407/scine14.04.005

21. 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. No 2. P. 43–47. https://doi.org/10.3103/S1068335615020037

Copyright (©) 2020 Лапханов Е. О.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка