Формирование циклограммы работы энергодвигательной системы перспективного межорбитального транспортного аппарата c электроракетной и жидкостной ступенями

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

2020. Т. 27. № 1. С. 180-190.

DOI: 10.34759/vst-2020-1-180-190

Авторы

Бирюков В. И. *, Кургузов А. В. **

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: aviatex@mail.ru
**e-mail: mandigit@yandex.ru

Аннотация

Рассматривается метод формирования циклограммы работы энергодвигательной системы перспективного межорбитального транспортного аппарата (МТА) при выведении полезной нагрузки с низкой околоземной на геостационарную орбиту. Энергодвигательная система исследуемого МТА состоит из двух ступеней: основной электроракетной и отделяемой жидкостной. Солнечные батареи электроракетной ступени обеспечивают энергией маршевый электроракетный двигатель. Первая часть перелета выполняется жидкостным ракетным двигателем; далее жидкостная ступень отделяется, раскрываются панели солнечных батарей и осуществляется довыведение на целевую орбиту электроракетным двигателем. Выбор параметров энергодвигательной системы зави­сит от выполняемой транспортной операции. Для заданной транспортной операции необходим метод параметрического формирования циклограммы работы жидкостного и электроракетного двигателей. Формируемая циклограмма зависит от двух изменяемых параметров: тяги электроракетного двигателя и радиуса промежуточной орбиты. Рассматривается высокоэллиптический перелет c низкой околоземной орбиты на геостационарную орбиту с изменением наклонения. Правильность спланированной циклограммы проверяется методом численного интегрирования. В пространстве изменяемых параметров исследуется точность планирования перелета с использованием двигателя малой тяги, для которого известны только приближенные зависимости. По результатам численного интегрирования установлено, что в параметрической области интересов предлагаемый аналитический метод планирования циклограммы работы обеспечивает достаточную для проектных задач точность.

Ключевые слова:

энергодвигательная система, межорбитальный транспортный аппарат, разделяемые ступени, спутниковая платформа, циклограмма перелета

Библиографический список

  1. Асюшкин В.А., Ишин С.В., Пичхадзе К.М. и др. Разгонный блок «Фрегат» – максимальная эффективность при минимальных затратах // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2006. № 10. С. 3-8.

  2. Журавин Ю.А. Разгонный блок «Бриз-М» // Новости космонавтики. 2000. № 8. С. 45-48.

  3. Лупяк Д.С., Лакеев В.Н. Исследования по созданию разгонного блока с повышенными энергомассовыми характеристиками // Вестник ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина. 2011. № 5. С. 26-29.

  4. Huang D.H., Huzel D.K. Modern Engineering for Design of Liquid Propellant Rocket Engines (Progress in Astronautics and Aeronautics. Book 147). – American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 1992.– 431 p. DOI: 10.2514/5.9781600866197.0000.0000

  5. Калугин К.С., Сухов А.В. Особенности использования метана в качестве горючего для жидкостных ракетных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 120-132.

  6. De Luca L. T., Shimada T, Sinditskii V.P., Calabro M. (eds.) Chemical Rocket Propulsion: A Comprehensive Survey of Energetic Materials. – Springer, 2017. – 1084 p.

  7. Рахманин В. Фторный ЖРД: соотношение возмож­ности и необходимости. URL: http://engine.aviaport.ru/issues/07/page28.html

  8. Егорычев В.С., Кондрусев В.С. Топлива химических ракетных двигателей. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. – 72 с.

  9. Patel M.R. Spacecraft Power Systems. – CRC Press, 2004. – 672 p.

  10. Горшков О.А., Муравлев В.А., Шагайда А.А. Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов: Монография / Под ред. А.С. Коротеева. – М.: Машиностроение, 2009. – 280 с.

  11. Бойкачев В.Н., Гусев Ю.Г., Жасан В.С. и др. О возможности создания электроракетной двигательной установки мощностью 10...30 кВт на базе двухрежимного двигателя СПД-140Д // Космическая техника и технологии. 2014. № 1(4). С. 48-59.

  12. Гусев Ю.Г., Пильников А.В. Роль и место электроракетных двигателей в Российской космической программе // Труды МАИ. 2012. № 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35385

  13. Oleson S.R. Electric Propulsion Technology Development for the Jupiter Icy Moons Orbiter Project // 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit (11-14 July 2004, Fort Lauderdale, Florida). DOI: 10.2514/6.2004-3449

  14. Пилотируемая экспедиция на Марс / Под ред. А.С. Коротеева. – М.: Российская академия космонавтики им. К.Э. Циолковского, 2006. – 320 с.

  15. Сердюк В.К. Проектирование средств выведения космических аппаратов: Учебное пособие / Под ред. А.А. Медведева. – М.: Машиностроение, 2009. – 504 с.

  16. Экспресс-АМ6. Пополнение орбитальной группировки России // Газета «Сибирский спутник» ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева. 2014. № 15(369).

  17. Kreiner K. The Future of Satellite Propulsion // The 8th European Conference for Aeronautics and Space Sciences. URL: https://www.eucass.eu/2013/pdf/EUCASS2013-Boeing-Kreiner-Future_of_Satellite_Propulsion.pdf

  18. Kreiner K., Hairapetian G. Boeing’s Xenon Ion Propulsion System (XIPS) // 31st International Electric Propulsion Conference (20–24 September 2009; University of Michigan Ann Arbor, Michigan, USA).

  19. Bardfield R., Clapper P., Peterson D., Bui K., Hoskin J., Jun B., Sharma S.K., Hanley J. LEONE (>50 cm2) Space Solar Cells: Qualification, Production, Cost Reduction / Spectrolab, Inc., 12500 Gladstone Ave., Sylmar, CA 91342 USA. URL: http://www.spectrolab.com/pv/support/LEONE_50cm2_Space_Solar_Cells_Qualification_Production_Cost_ Reduction.pdf

  20. Ишков С.А., Фадеенков П.В., Балакин В.Л. Оценка эффективности перелётов на высокие околоземные орбиты с использованием разгонных блоков с химическими и электроракетными двигателями // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 2 (33). С. 48-55.

  21. Фадеенков П.В. Оптимизация перелётов между некомпланарными круговыми орбитами с двухступенчатым разгонным блоком с химическим и электрореактивным двигателями // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва. 2007. № 1(12). С. 116-122.

  22. ГОСТ Р 52925-2008. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. – М.: Стандартинформ, 2008. – 8 с.

  23. Бирюков В.И., Бирюкова М.В. Алгоритм прогнозирования радиационного воздействия на аппаратуру микроспутника // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 40-49.

  24. Артюшенко В.М., Кучеров Б.А. Анализ системы ограничений по использованию средств управления космическими аппаратами, учитываемых при их распределении // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 178-189.

  25. Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой. – М.: ВЦ АН СССР, 1968. – 108 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020