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, 2021, 4, 66 - 78

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПРОЄКТНИХ ПАРАМЕТРІВ КОСМІЧНОЇ НАДУВНОЇ ПЛАТФОРМИ З КОРИСНИМ НАВАНТАЖЕННЯМ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2021.04.066

Лапханов Е. О., Палій О. С.

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

Палій О. С.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Розробка і застосування надувних космічних конструкцій викликає значний інтерес в сучасній космічній науці і техніці. На сьогодні використання цих конструкцій має досить широкий спектр від створення аеродинамічних надувних засобів відведення до надувних житлових секцій на Міжнародній космічній станції. Це пояснюється меншими масовими характеристиками надувних конструкцій у порівнянні з іншими, що в свою чергу мінімізує вартість виведення таких систем на орбіти Землі. Враховуючи значний інтерес до створення орбітальних угруповань, авторами статті пропонується застосування надувної космічної аеродинамічної системи як платформи для корисного навантаження. Таким чином, отримуємо розподілену супутникову систему на космічній надувній платформі. Перевагою застосування такої технології є забезпечення підтримання відносного положення між елементами (корисного навантаження) розподіленої супутникової системи при мінімальних витратах енергії. В свою чергу, для аналізу особливостей функціонування певної космічної техніки необхідно її математична модель. Враховуючи це, метою статті є розробка математичної моделі для визначення проєктних параметрів космічної надувної платформи з корисним навантаженням. Розроблена в роботі математична модель функціонування космічної надувної платформи з корисним навантаженням складається з трьох модулів: модуля орбітального руху, модуля розрахунку термодинамічних параметрів надувної платформи і модуля розрахунку змінного тензора інерції. Також, в роботі визначено чотири газові режими функціонування надувного сегмента космічної платформи та залежність тензора інерції від зміни температури навколишнього космічного середовища, що є необхідним для подальших досліджень. Слід зазначити, що застосування розробленої математичної моделі дає можливість апріорного аналізу широкого спектра проєктних параметрів надувної космічної платформи. Виходячи з цього, було розроблено методику аналізу проєктних параметрів із застосуванням даної моделі. Застосування цього методу може значно спростити подальші дослідження щодо синтезу регулятора кутовим рухом надувної космічної платформи з корисним навантаженням, вибору проєктних параметрів матеріалів оболонки надувного сегмента та дослідження функціонування платформи в різних газових режимах.
     

космічна надувна платформа, корисне навантаження, математична модель, проєктні параметри, термодинамічні параметри

1. Curzi G., Modenini D., Tortora P. Large Constellations of Small Satellites: A Survey of Near Future Challenges and Missions. Aerospace 2020, Vol. 7, No. 133. https://doi.org/10.3390/aerospace7090133

2. IADC Statement on Large Constellations of Satellites in Low Earth Orbit. Issued by IADC Steering Group and Working Group 4. IADC-15-03 July 2021. URL: https://www.iadc-home.org/documents_public/view/id/174#u (дата звернення 14.10.2021).

3. Патент України на винахід № 117381, МПК B 64 G 1/62, B 64 G 1/10. Спосіб створення та усунення з орбіти угрупувань нано- та піко- космічних апаратів та космічний апарат для його здійснення / Алпатов А. П., Палій О. С., Скорік О. Д. – a201604541; заявл. 25.04.2016; опубл. 25.07.2018, Бюл. № 14.

4. The Echo-I inflation system. Langley research center ; chief D. L. Clemmons Jr. Hampton, Virginia, 1964. 56 p. № TN D-2194. URL: https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uiug.30112106866681&view=1up&seq=3 (дата звернення 14.10.2021).

5. Кучейко А. Misty: спутники-невидимки в космосе. Новости космонавтики. 2004. Т. 14, № 6. С. 50–53.

6. Патент США на винахід № 5345238, МПК H 1 Q 15/16. Satellite signature suppression shield. M. T. Eldridge, K. H. VcKechnie, R. M. Helfey. 494278; заявл. 14.03.90; опубл. 06.09.94.

7. Babuscia A., Knapp M., Hicks F. M. and other. InCUBEation : A series of mission for interplanetary exploration using small satellite platforms. Presentation A.1.3 on Interplanetary small satellite conference, 20-21 June 2013 California Institute of Technology, Pasadena, California. URL: http://www.intersmallsatconference.org (дата звернення 14.10.2021).

8. Lichodziejewski D., Veal G., Helms R., Freeland R., Kruer M. Inflatable Rigidizable Solar Array for Small Satellites. In Proceedings of 44th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. AIAA-2003.98. URL: https://doi.org/10.2514/6.2003-1898

9. Inflatable antenna technology with preliminary shuttle experiment results and potential applications. R. E. Freeland, S. Bard, G. R. Veal G. D. Bilyeu and other. URL: https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/ handle/2014/26491/96-1367.pdf?sequence=1 (дата звернення 14.10.2021).

10. Graybeal N. W., Craig J. I., Whorton M. S. Deployment Modeling of an Inflatable Solar Sail Spacecraft. Presented at the AMA Guidance, Navigation and Controls Conference, Keystone Colorado, August 21-24, 2006. Paper AIAA 2006-6336. URL: https://smartech.gatech.edu/bitstream/handle/1853/34446/e-16-y34_10127.pdf (дата звернення 14.10.2021).

11. Schenk M., Viquerat A. D., Seffen K. A., Guest S. D. Review of Inflatable Booms for Deployable Space Structures: Packing and Rigidization. Journal of Spacecraft and Rockets. Vol. 51, No. 3. URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.A32598 (дата звернення 14.10.2021).

12. Curtis H. Orbital Mechanics for Engineering Students (4th Edition). Butterworth-Heinemann, 2019. 692 p. ISBN 978-0-08-102133-0.

13. Fortescue P., Stark J., Swinerd G. Spacecraft systems engineering. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, 2011. 724 p. https://doi.org/10.1002/9781119971009

14. Alpatov A., Kravets Vic., Kravets Vol., Lapkhanov E. Representation of the kinematics of the natural trihedral of a spiral-helix trajectory by quaternion matrices. Transactions on Machine Learning and Artificial Intelligence. 2021. Vol. 9, No. 4. P. 18–29. https://doi.org/10.14738/tmlai.94.10523

15. Челноков Ю. Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 512 с. ISBN 5-9221-0680-5.

16. Дубошин Г. Н. Небесная механика. Основные методы и задачи. М.: Наука. 1968. 800 с.

17. Маслова А. И., Пироженко А. В. Изменение орбиты под действием малого постоянного торможения. Космічна наука і технологія. 2016. Т. 22, №6. С. 20–24. https://doi.org/10.15407/knit2016.06.020

18. Пироженко А. В., Маслова А. И., Васильев В. В. О влиянии второй зональной гармоники на движение спутника по почти круговым орбитам. Космічна наука і технологія. 2019. Т. 25, № 2. С. 3–11. https://doi.org/10.15407/knit2019.02.003

19. Мирер С. А. Механика космического полета. Орбитальное движение. Москва: Резолит. 2007. 270 с.

20. Golubek A., Dron’ M., Dubovik L., Dreus A., Kulyk O., Khorolskiy P. Development of the combined method to de-orbit space objects using an electric rocket propulsion system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol 4, No 5(106). Р. 78–87. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210378

21. Lapkhanov E., Khoroshylov S. Development of the aeromagnetic space debris deorbiting system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 5, No. 5(101). P. 30–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382

22. Храмов Д. А. Визуальное моделирование движения космического аппарата. Техническая механика. 2015. №2. С. 49–58.

23. Martinez I. Spacecraft thermal modelling and testing. 43 p. URL: http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/tc3/Spacecraft%20Thermal%20Modelling%20and%20Testing.pdf (дата звернення 14.10.2021).

24. Horn A. C. A Low Cost Inflatable CubeSat Drag Brake Utilizing Sublimation. 2017. https://doi.org/10.25777/1xaw-be17

Copyright (©) 2021 Лапханов Е. О., Палій О. С.

Copyright © 2014-2021 Технічна механіка