ESTIMATION OF THE DEORBIT TIME OF SPACECRAFT AND  SPACE DEBRIS FROM LEO

Д. М. ЛАЗУЧЕНКОВ

Автор(и)

Д. М. ЛАЗУЧЕНКОВ Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, вул. Лешко-Попеля, 15, 49005, Дніпро, Україна; e-mail: 53mamval@gmail.com

Ключові слова:

зниження орбіти, космічне сміття, оцінка часу сходу космічного апарата з орбіти, атмосферний опір, модель густини атмосфери.

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.078

Метою цієї статті є розробка процедури оцінки терміну зведення з низької майже кругової навколоземної орбіти космічних апаратів та об'єктів космічного сміття. Сформульовано у зручному для практичних розрахунків вигляді рівняння руху тіла по круговій орбіті при дії на нього атмосферного тертя та при наявності заданої активної сили. На етапі спостереження, за доступними онлайн даними про висоту орбіти та з використанням модельної густини атмосфери апроксимований балістичний коефіцієнт тіла, значення якого на практиці майже завжди невідомо. На етапі оцінки проведено розрахунок процесу деорбітінгу з використанням раніше знайденої апроксимації балістичного коефіцієнта. Визначено похибку в розрахунку терміну деорбітінгу в залежності від тривалості етапів спостереження та оцінки. Проведено аналіз точності розрахунку часу деорбітінгу для різних моделей густини атмосфери. Розроблена процедура дозволяє оцінити мінімально необхідне прискорення, яке забезпечує зведення з орбіти тіла протягом заданого часу. Працездатність процедури підтверджено розрахунками деорбітінгу космічного апарата, який перебував у некерованому польоті протягом 16 років. Термін деорбітингу оцінено з похибкою близько 1 % від фактичного терміну. Запропонована процедура може бути використана для оцінки терміну перебування на орбіті об'єктів космічного сміття, а також при плануванні активного деорбітінгу космічних апаратів наприкінці терміну їх експлуатації. Запропонована процедура може бути основою для майбутнього розвитку, враховуючи інші взаємодії між тілом на орбіті та космічним середовищем.

ПОСИЛАННЯ

1. European Space Agency. ESA Space Debris Mitigation Requirements, ESSB-ST-U-007, Issue 1. 83 p. URL: https://technology.esa.int/upload/media/ESA-Space-Debris-Mitigation-Requirements-ESSB-ST-U-007-Issue1.pdf (Last accessed on January 23, 2025).

2. State-of-the-Art Small Spacecraft Technology. NASA Ames Research Center, Small Spacecraft Systems Virtual Institute. Moffett Field, CA 94035-1000. 416 p. URL: https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/02/soa-2024.pdf (Last accessed on February 12, 2025).

3. ESA’s annual space environment report. 144 p. URL: https://www.sdo.esoc.esa.int/environment_report/Space_Environment_Report_latest.pdf (Last accessed on February 6, 2025).

4. ESA-DRAMA: Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis. URL: https://sdup.esoc.esa.int/drama/downloads/setup/3.1.1/setup_DRAMA-3.1.1_windows.exe (Last accessed on February 6, 2025).

5. Miyata K., Kawashima R., Inamori T. Detailed Analysis of Aerodynamic Effect on Small Satellites. Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Space Technology, Japan. 2018. V. 16. Р. 432–440. https://doi.org/10.2322/TASTJ.16.432

6. Montenbruck O., Gill E. Satellite Orbits: Models, Methods, and Applications. Springer Berlin, Heidelberg, 2000. 369 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58351-3

7. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/models/ (Last accessed on February 18, 2025).

8. Mutschler S., Tobiska W., Pilinski M. at al. A Survey of Current Operations-Ready Thermospheric Density Models for Drag Modeling in LEO Operations. AMOS Conference, Maui, HI, USA, October 2023. URL: https://www.researchgate.net/publication/374998825 (Last accessed on February 18, 2025).

9. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues. J. Geophys. Res., 2002. V. 107. P. 1–15. https://doi.org/10.1029/2002JA009430

10. URL: https://celestrak.org (Last accessed on February 18, 2025).

11. ECSS-E-ST-10-04C Rev.1 – Space environment. 208 p. URL: https://ecss.nl/standard/ecss-e-st-10-04c-rev-1-space-environment-15-june-2020/ (Last accessed on February 20, 2025).

12. Braun V., Flegel S., Gelhaus J. at al. Impact of Solar Flux Modeling on Satellite Lifetime Predictions. 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy, October 2012. URL: https://www.researchgate.net/publication/271729675 (Last accessed on February 20, 2025).

13. URL: https://static.sdo.esoc.esa.int/SOLMAG/long_term.dat (Last accessed on February 20, 2025).

14. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Earth_Radiation_Budget_Satellite (Last accessed on February 20, 2025)