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, 2023, 3, 110 - 123

ОГЛЯД МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ВІДВЕДЕННЯ ОБ’ЄКТІВ КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКИХ НАВКОЛОЗЕМНИХ ОРБІТ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2023.03.110

Своробін Д. С.

Своробін Д. С.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Актуальність проблеми космічного сміття в сучасному світі є загально визнаною. Кількість об'єктів космічного сміття в навколоземному просторі стрімко зростає. Метою даної статті є огляд існуючих методів, систем та засобів видалення космічного сміття з низьких навколоземних орбіт. Проведений огляд спрямований на вирішення актуальної проблеми використання космічного простору – проблеми засмічення навколоземних орбіт. Роботи зі створення систем видалення космічного сміття активно ведуться космічними агентствами провідних космічних держав світу. В результаті дослідження встановлено, що у наукових публікаціях значна увага приділяється пасивному та активному методам видалення космічного сміття з навколоземного простору та технічним засобам, що їх реалізують. Відносно нещодавно розпочато вивчення можливості створення систем для відведення об’єктів космічного сміття з використанням комбінованого методу, який передбачає одночасне використання технічних засобів, розроблених на основі пасивних та активних методів. В даній роботі розглянуто комбіновану систему безконтактного видалення космічного сміття з сервісним космічним апаратом, на борту якого встановлено електрореактивні двигуни та аеродинамічний компенсатор у вигляді пластин. Технологія видалення космічного сміття з застосуванням комбінованої системи передбачає направлене зміщення об'єктів космічного сміття з орбіти за рахунок безконтактного впливу на нього іонного потоку. Запропонована комбінована космічна система може бути застосована для відведення космічного сміття з низьких навколоземних орбіт у щільні шари атмосфери з подальшим згорянням його. Комбінований напрям розробки систем відведення об'єктів космічного сміття на даний час є маловивченим, але його втілення передбачає певні переваги у порівнянні із використанням лише пасивних або лише активних систем. Таким чином, розробка комбінованої космічної системи з аеродинамічним компенсатором безконтактної дії на об'єкти космічного сміття є перспективним напрямом, що формує завдання для подальших досліджень. ортогональних відхилень від траєкторії відповідної моди коливань в конфігураційному просторі.
     

об’єкти космічного сміття, проблема засмічення навколоземного простору, засоби та системи відведення космічного сміття з навколоземних орбіт

1. The Orbital Debris Quarterly News. NASAJSC Houston. 2009. Vol. 13, № 2. 10 p.

2. O'Callaghan J. These are the 50 most dangerous objects orbiting Earth right now. URL: https://www.forbes.com/sites/jonathanocallaghan/2020/09/10/experts-reveal-the-50-most-dangerous-pieces-of-space-junk-orbiting-earth-right-now/?sh=9bc74b97c216 (Last accessed: 31.08.2023).

3. The Orbital Debris Quarterly News. NASAJSC Houston. 2023. Vol. 27, № 3. 14 p.

4. IADC Space debris mitigation guidelines. IADC-2002-01. Revision 1. Issued by Steering Group and Working Group 4. 2007. September. 10 p.

5. Virgili B.B, Krag H. Active debris removal for LEO missions. Proceedings of 31st IADC meeting, Darmstadt, Germany, 18th of April, 2013. 7 p.

6. Crowther R, Krag H. The inter-agency space debris coordination committee. URL: https://www.icao.int/Meetings/SPACE2016/Presentations/2%20-%20H.%20Krag%20-%20IADC.pdf (Last accessed: 31.08.2023).

7. State-of-the-Art Small Spacecraft Technology. Small Spacecraft Systems Virtual Institute. Ames Research Center, Moffett Field, California, 2023. 366 p. URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2022_soa_full_0.pdf (Last accessed: 31.08.2023).

8. Alby F. SPOT-1 End of life disposal maneuvers. Advances in Space Research. 2004. № 35. P. 1335–1342. https://doi.org/10.1016/j.asr.2004.12.013

9. Srikrishnan S., Dr. Dash P. K., Dr. Nadaraja Pillai S., Arunvinthan S. An Approach for Space Debris cleaning using space based Robots. International Journal of Engineering Research And Management (IJERM), 2015. Vol. 2. Iss. 6. P. 51–54.

10. ClearSpace secures a major UK contract to help clean up space. Septmeber 26, 2022. URL: https://clearspace.today/clearspace-secures-a-major-uk-contract-to-help-clean-up-space/ (Last accessed: 31.08.2023).

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

12. Алпатов А. П., Палий А. С., Скорик А. Д. Аэродинамические системы увода космических объектов. Техническая механика. 2015. № 4. С. 126–138.

13. Алпатов А. П., Палій О. С., Скорік О. Д. Розробка конструктивної схеми та вибір проєктних параметрів аеродинамічної системи відведення з орбіти розгінних ступенів ракет-носіїв. Наука та інновації. 2017. Т. 13, № 4. С. 33–45. https://doi.org/10.15407/scine13.04.029

14. Палій О. С., Алпатов А. П., Скорік О. Д., Авдєєв А. М., Баранов Є. Ю. Аеродинамічна система усунення космічних об’єктів з навколоземних орбіт: пат. 109194, МПК B 64 G 1/62; а201312759; заявл. 01.11.13; опубл. 27.07.2015, Бюл. № 14. 12 с.

15. Палій О. С., Алпатов А. П, Скорік О. Д. Спосіб усунення космічних об’єктів з навколоземних орбіт та система для його здійснення: пат. 109318 Украина: МПК B 64 G 1/62, № 109318; а20131326; заявл. 14.11.13; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 15. 11 с.

16. Палій О. С., Алпатов А. П., Пилипенко О. В., Скорік О. Д. Спосіб зменшення терміну балістичного існування космічних об’єктів на навколоземних орбітах і космічний апарат для його здійснення: пат. 113747 Украина: МПК B 64 G 1/62; а201407652; заявл. 07.07.2014; опубл. 10.03.2017, Бюл. № 5. 11 с.

17. Rasse B., Damilano P., Dupuy C. Satellite inflatable deorbiting equipment for LEO spacecrafts. Journal of Space Safety Engineering. 2014. Vol. 1, No. 2. P. 75–83. https://doi.org/10.1016/S2468-8967(16)30084-2

18. Bernardi F., Vignali G. Sailing System for Cubesat Deorbiting. University of Rome, Italy. 2016. URL: http://www.unisec-global.org/ddc/pdf/1st/01_FedericoSailing_abst.pdf (Last accessed: 31.08.2023).

19. Мищенко А. В. К определению длины троса экспериментальной электродинамической системы. Технічна механіка. 2017. № 4. С. 55–63. https://doi.org/10.15407/itm2017.04.055

20. Мищенко А. В., Пироженко О. В. Малая экспериментальная электродинамическая космическая тросовая система. Электрическая модель. Космічна наука і технологія. 2018. № 3. С. 3–10. https://doi.org/10.15407/knit2018.03.003

21. Janhunen P. Electrostatic Plasma Brake for Deorbiting a Satellite // J. Propuls. Power. 2010. Vol. 26, No. 2. P. 370–372. https://doi.org/10.2514/1.47537

22. NASA – NanoSail-D Home Page. NASA – Home. URL:http://www.nasa.gov/mission_pages/smallsats/nanosaild.html (Last accessed: 31.08.2023).

23. Кошкин Н. И., Коробейникова Е. А., Лопаченко В. В., Меликянц С. М., Страхова С. Л., Шакун Л. С. О характере движения микроспутника с парусом в атмосфере («NanoSail-D»). Космічна наука і технологія, 2012. Т. 18. С. 31–38. https://doi.org/10.15407/knit2012.01.031

24. Ракеты и космические аппараты конструкторского бюро «Южное». Под общей ред. С. Н. Конюхова. Днепропетровск, 2001. 240 с.

25. Satellite Missions catalogue: GOCE. URL: https://www.eoportal.org/satellite-missions/goce (Last accessed: 31.08.2023).

26. Bombardelli C., Pelaez J.Ion beam shepherd for contactless space debris removal. Journal of guidance, control and dynamics. 2011. Vol. 34, № 3. P. 916–920. https://doi.org/10.2514/1.51832

27. Bombardelli C., Merino M., Ahedo E., Pelaez J., Urrutxua H., Iturri-Torreay A., Herrera-Montojoy J. Ariadna call for ideas: Active removal of space debris ion beam shepherd for contactless debris removal. ESA Technical report. 2011. 90 p.

28. Патент № WO 2011/110701 A1 Іспанія, МПК7 B64G 1/24. System for asjusting the position and attitude of orbiting bodies using guide satellites. C. Bombardelli, J. Pelaez. PCT/ES2011/000011; заявл. 11.03.2010; опубл. 15.09.2011, 21 p.

29. Бомбарделли К., Алпатов А. П., Пироженко А. В., Баранов Е. Ю., Осиновый Г. Г., Закржевский А. Е. Проєкт «космического пастуха» с ионным лучом. Идеи и задачи. Космическая наука и технология. 2014. Т. 20, № 2. С. 55–60. https://doi.org/10.15407/knit2014.02.055

30. Алпатов А. П., Закржевский А. Е., Фоков А. А., Хорошилов С. В. Определение оптимального положения «пастуха с ионным лучом» относительно объекта космического мусора. Техническая. механика. 2015. № 2. С. 37–48.

31. Алпатов А. П., Басс В. П., Баулин С. А., Бразинский В. И., Гусынин В. П., Даниев Ю. Ф., Засуха С. А. Техногенное засорение околоземного космического пространства. Днепропетровск: Пороги, 2012. 380 с.

32. Савчук А.П., Фоков А.А., Хорошилов С.В. Расчет бесконтактного воздействия на объект космического мусора по его известному контуру. Техническая механика. 2016. № 1. С. 26–37.

33. Lappas V. et al. CubeSail: A low cost CubeSail based solar sail demonstration mission. Adv. Sp. Res., 2011. Vol. 48, № 11. P. 1890–1901. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.05.033

34. Merino M., Ahedo E., Bombardelli C., Urrutxua H. and Pelaez J. Ion beam shepherd satellite for space debris removal. Progress in Propulsion Physics. 2013. Vol. 4. P. 789–802. https://doi.org/10.1051/eucass/201304789

35. Alpatov A. P., Maslova A. I., Khoroshylov S. V. Contactless de-orbiting of space debris by the ion beam. Dynamics and control. Beau Bassin: LAP Lambert Academic Publishing, 2019. 330 p. https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.383.170

36. Хорошилов С. В. Система керування відносним рухом космічного апарата для безконтактного видалення космічного сміття. Наука та інновації. 2018. № 4. С. 5–17. https://doi.org/10.15407/scin14.04.005

37. Хорошилов С. В. Алгоритм управления относительным движением в плоскости орбиты космического аппарата для бесконтактного удаления космического мусора. Космическая наука и технология. 2019. Т. 25, № 1. С. 14–26. https://doi.org/10.15407/scine14.04.005

38. Alpatov A., Khoroshylov S., Bombardelli C. Relative control of an ion beam shepherd satellite using the impulse compensation thruster. Acta Astronautica. 2018. Vol. 151. Р. 543–554. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.06.056

39. Dron’ M., Golubek A., Dubovik L., Dreus A., Heti K. Analysis of ballistic aspects in the combined method for removing space objects from the near-Earth orbits. Eastern-European journal of enterprise technologies. 2019. Vol. 2, № 5(98). P. 49–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161778

40. Alpatov A., Dron’ M., Golubek A., Lapkhanov E. Combined method for spacecraft deorbiting with angular stabilization of the sail using magnetorquers. CEAS Space Journal. 2022. № 15. P. 613–625. https://doi.org/10.1007/s12567-022-00469-6

41. 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, № 5(106). P. 78–87. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210378

42. Патент України на винахід № UA121460C2, МПК7 B64G 1/24, B64G 1/62. Спосіб безконтактного видалення об’єктів космічного сміття з навколоземних орбіт з аеродинамічним компенсатором. А. П. Алпатов, Д. С. Своробін, О. Д. Скорик. а201607424; заявл. 07.07.2016, опубл. 10.06.2020, Бюл. № 11. 10 с.

43. Алпатов А. П., Своробін Д. С., Скорик О. Д. Система безконтактного видалення об’єктів космічного сміття з навколоземних орбіт з аеродинамічним компенсатором. Технічна механіка. 2016. № 3. С. 51–56.

44. Своробин Д. С., Фоков А. А., Хорошилов С. В. Анализ целесообразности использования аэродинамического компенсатора при бесконтактном удалении космического мусора. Авиационно-космическая техника и технология. 2018. № 6. С. 4–11.

45. Фоков О. А., Хорошилов С. В., Своробін Д. С. Відносний рух космічного апарата з аеродинамічним компенсатором у перпендикулярному до площини орбіти напрямку при безконтактному видаленні космічного сміття. Космічна наука і технологія. 2021. Т. 27, № 2 (129). С. 15–27. https://doi.org/10.15407/knit2021.02.015

46. Фоков О. А., Хорошилов С. В., Своробін Д. С. Аналіз переваг використання аеродинамічного компенсатора при безконтактному видаленні космічного сміття. Технічна механіка. 2020. № 4. С. 55–64. https://doi.org/10.15407/itm2020.04.055

47. Алпатов А. П., Горбулин В. П. Космические платформы для орбитальных промышленных комплексов: проблемы и перспективы. Вісн. НАН України. 2013. № 12. С. 26–38. https://doi.org/10.15407/visn2013.12.026

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

49. Алпатов А. П. Космический мусор: аспекты проблемы. Технічна механіка. 2018. № 1. С. 30–47. https://doi.org/10.15407/itm2018.01.030

Copyright (©) 2023 Своробін Д. С.

Copyright © 2014-2023 Технічна механіка