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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.5

Технічна механіка, 2021, 4, 56 - 65

МОДЕЛЮВАННЯ ВІДЦЕНТРОВОГО РОЗКРИТТЯ ТРИСЕКЦІЙНОЇ ШТАНГИ МІНІ-СУПУТНИКА

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2021.04.056

Хорошилов С. В., Шамаханов В. К., Василів В. В.

Хорошилов С. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Шамаханов В. К.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Василів В. В.
Earth Observing System Data Analytics,
USA

      Метою статті є моделювання процесів відцентрового розкриття трисекційної штанги та попередній аналіз доцільності використання такого способу розгортання для міні-супутника (МС) дистанційного зондування Землі (ДЗЗ).
      При проведенні досліджень використані методи теоретичної механіки, систем зв’язаних тіл, теорії автоматичного керування та комп'ютерного моделювання.
      Відцентрове розкриття багатосекційних штанг успішно засовувалось на супутниках, що стабілізовані обертанням, але не на супутниках ДЗЗ, які мають інші особливості функціонування та потребують додаткових досліджень.
      Розглянуто МС, який складається з платформи, до якої за допомогою штанги, що трансформується, кріпитися антена. До розгортання штанга та антена закріплені на корпусі МС у складеному стані. Секції штанги з'єднані за допомогою шарнірів з одним обертальним ступенем свободи та послідовно розкриваються за рахунок відцентрових сил при обертанні МС в необхідному напрямку. Кожен із шарнірів штанги має механізм фіксації, який спрацьовує при досягненні заданого кута розкриття.
      Для моделювання процесів розкриття штанги МС представлений у вигляді системи зв'язаних тіл, де платформа та складена антена є абсолютно жорсткими тілами, а штанга складається з трьох пружних стрижнів трубчастого перерізу. Диференціальні рівняння динаміки МС при розкритті штанги отримані за допомогою лагранжевого формалізму, які доповнені алгебраїчними рівняннями, що описують обмеження з боку шарнірів.
      Розглянуто сценарій розгортання штанги при постійному керуючому моменті МС та сценарій розкриття при постійній кутовій швидкості супутника. Для цих сценаріїв виконано моделювання та отримано оцінки необхідних керуючих впливів для забезпечення розкриття штанги та стабілізації МС після фіксації шарнірів. Отримано залежності зміни навантажень на конструкцію штанги в процесі її розкриття.
      Результати моделювання дозволяють зробити висновок про принципову можливість реалізації відцентрового способу розгортання штанги для МС, який може здійснювати швидкі обертання відносно трьох осей пов'язаної системи координат. Використання такого способу дозволяє зменшити масу MC, оскільки не потребує використання сервоприводів у системі розкриття штанги.
     

міні-супутник, стріла, відцентрове розгортання, швидке обертання, поворотний шарнір, багатотільна динаміка системи зв’язаних тіл

1. Хорошилов С. Моделирование движения космической электростанции с двумя солнечными отражателями. Техническая механика. 2012. №3. С. 85–97.

2. Duan B., Zhang Y., Du J. Large Deployable Satellite Antennas: Design Theory, Methods and Applications Springer Nature, 2020. 271 pp. https://doi.org/10.1007/978-981-15-6033-0

3. Alpatov A., Gusynin V., Belonozhko P. et.al. Shape control of large reflecting structures in space. 62nd International Astronautical Congress. 3–7 October. Cape Town. South Africa. 2011. Pp. 5642–5648.

4. Alpatov A., Gusynin V., Belonozhko P., Khoroshylov S., Fokov A. Configuration modeling of cable-stayed space reflectors. Proceeding of the 64nd International Astronautical Congress. Beijing. 2013. China. Pp. 5793–5799.

5. Li T.J., Zhang Y., Li T. Deployment dynamic analysis and control of hoop truss deployable antenna. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2009. Vol. 30, No.3. Pp.444–449.

6. Li T.J. Deployment analysis and control of deployable space antenna. Aerosp. Sci. Technol. 2012. Vol. 18, No 1. Pp. 42–47. https://doi.org/10.1016/j.ast.2011.04.001

7. Zhangn Y., B. Duan B., Li T.J. A controlled deployment method for flexible deployable space antennas. Acta Astronautica. 2012. Vol. 81, No 1. Pp.19–29. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.05.033

8. Lytal P., Renson M. Spacecraft common deployable boom hinge deploy and latching mechanisms. 44th Aerospace Mechanisms Symposium, 16-18 May, Cleveland, 2018. Pp.403–416.

9. Herbeck L., Leipold M., Sickinger C., Eiden M., Unckenbold W. Development and Test of Deployable Ultra-Lightweight CFRP-Booms for a Solar Sail. European Conference on Spacecraft Structures. Materials and Mechanical Testing, Nov. 28 –Dec. 1 2001, Noordwijk. The Netherlands, 2001. Pp.1–6.

10. Straubel M., Sinapius M., Langlois S. On-Ground Rigidised, Deployable Masts for Large Gossamer Space Structures. European Conference on Spacecraft Structures, Materials & Mechanical Testing. 15–17 Sep. 2009, Toulouse, France, 2009. Pp.1–7.

11. Straubel M., Zander M.E., Huhne C. Design and Sizing of the GOSSAMER Boom Deployment Concept. 3rd International Symposium on Solar Sailing. 11-13 Jun. 2013, Glasgow, Scotland, 2013. Pp.1–9.

12. Sushko O., Medzmariashvili E., Tserodze S., at al. Design and Analysis of Light-Weight Deployable Mesh Reflector Antenna for Small Multibeam SAR Satellite. EUSAR 2021: Proceedings of the European Conference on Synthetic Aperture Radar. 29 March – 01 April 2021, online, Pp. 421–423

13. Sushko O., Medzmariashvili E., Filipenko F., at al. Modified design of the deployable mesh reflector antenna for mini satellites. CEAS Space J. 2021. Vol. 13, No 4. Pp.533 – 542. https://doi.org/10.1007/s12567-020-00346-0

14. Sullivan1 G., Blandino J., Hayes T., Amato Jr.T. Boom Deployment Mechanism for CubeSats. AIAA SciTech Forum. 6-10 January, 2020, Orlando, FL. Pp.1–10. https://doi.org/10.2514/6.2020-1672

15. Andion J., Pascual C. Useful experiences in a series of deployable booms for CLUSTER satellites. Proceedings of the 9th European Space Mechanisms and Tribology Symposium. 19-21 Sep. 2001, Liege, Belgium. Pp.113 – 120.

16. Gianfiglio G., Yorck M., Luhmann H. Special features of the CLUSTER antenna and radial booms design, development and verification. The 29th Aerospace Mechanisms Symposium. 1 May, 1995, NASA Johnson Space Center, USA. P. 221 – 237.

17. Shabana A. Dynamics of Multibody Systems. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. 374 pp. https://doi.org/10.1017/CBO9780511610523

18. Yefimenko N.V. Synthesis of Control Algorithms of the Spacecraft Spatial Reorientation with the Use of Dynamic Equations of a Solid Body Rotational Motion in Rodrigo-Hamilton Parameters. Journal of Automation and Information Sciences. 2015. Vol. 47, No. 6. Pp. 1–16. https://doi.org/10.1615/JAutomatInfScien.v47.i6.10

Copyright (©) 2021 Хорошилов С. В., Шамаханов В. К., Василів В. В.

Copyright © 2014-2021 Технічна механіка