Выбор параметров системы увода космического мусора с упругими элементами посредством тросовой буксировки

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов


Авторы

Асланов В. С. *, Юдинцев В. В. **

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: aslanov_vs@mail.ru
**e-mail: yudintsev@gmail.com

Аннотация

Удаление космического мусора является одной из актуальных проблем, которую человечеству предстоит решить в ближайшем будущем. Наибольшую опасность представляют большие объекты космического мусора (нефункционирующие спутники, верхние ступени ракет-носителей), находящиеся на орбите, разрушение которых может привести к катастрофическим последствиям лавинообразному росту количества более мелкого мусора и засорению околоземного пространства. Способ увода космического мусора и параметры транспортной системы во многом зависят от свойств уводимого мусора. В этой статье рассматривается тросовая транспортировка крупногабаритного объекта космического мусора с упругими элементами, например солнечными батареями. Целью работы является исследование взаимного влияния колебаний троса и колебаний упругих элементов в ходе активной фазы транспортировки. Разработана математическая модель системы, состоящей из космического буксира и буксируемого космического мусора с упругими элементами. Найдены приближенные аналитические выражения, которые показывают существенное взаимное влияние колебаний троса и упругих элементов, что необходимо учитывать при разработке транспортных систем для увода объектов космического мусора.

Ключевые слова

космический мусор, трос, космический буксир, упругие элементы, колебания

Библиографический список

  1. Kessler D.J., Cour-Palais B.G. Collision frequency of artificial satellites: the creation of a debris belt // Journal of geophysical research. 1978. Vol. 83, pp. 2637-2646. DOI: 10.1029/JA083iA06p02637

  2. Усовик И.В., Дарнопых В.В., Малышев В.В. Методика оценки эволюции техногенного засорения низких околоземных орбит с учётом взаимных столкновений и активного удаления космического мусора // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 3. С. 54-62.

  3. Pardini C., Anselmo L. Evolution of the debris cloud generated by the Fengyun-1C fragmentation event // Proceedings of the 20th ISSFD, held in Annapolis (MD) on 24-28 September 2007 (NASA CP-2007-214158).

  4. Johnson N.L. Orbital debris: the growing threat to space operations // 33rd Annual AAS Guidance and Control Conference, Breckenridge, 2010, 9 p.

  5. Олейников И.И., Павлов В.П. Оценка вклада радиолокационных станций и оптико-электронных систем в автоматизированную систему предупреждения опасных ситуаций в околоземном космическом пространстве // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 2. С. 41-48.

  6. Bonnal C., Ruault J.M., Desjean M.C. Active debris removal: Recent progress and current trends // Acta Astronautica. 2013. Vol. 85, pp. 51-60. DOI: 10.1016/j.actaastro.2012.11.009

  7. Gougnet G., Alary D., Gerber D., Utzmann J., Wagner A. The debritor: an “off the shelf” based multimission vehicle for large space debris removal // 63rd International Astronautical Congress. 1-5 October 2012, Naples, Italy, IAC-12-A6.7.7

  8. Dafu X., Xianren K. Tether modeling study on electro-dynamic tether deorbiting system // Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2008. Vol. 5. 18 p.

  9. Forward R.L., Hoyt R.P., Uphoff C.W. Terminator Tether: A Spacecraft Deorbit Device // Journal of spacecraft and rockets. 2000. Vol. 37. No 2, pp. 187-196.

  10. Iess L., Bruno C., Ulivieri C., Ponzi U., Parisse M., Laneve G. Satellite deorbiting by means of electrodynamics tethers. Part I “General concepts and requirements” // Acta Astronaut. 2002. Vol. 50, pp. 399-406.

  11. Kitamura S., Hayakawa Y., Kawamoto S. A reorbiter for large GEO debris objects using ion beam irradiation // Acta Astronautica. 2014. Vol. 94. No. 2, pp. 725-735.

  12. Jasper L., Schaub H., Seubert C., Trushlyakov V., Yutkin E. Tethered tug for large low earth orbit debris removal // AAS/AIAA Astrodynamics Specialists Conference, Charleston, 2012, 20 p.

  13. Jasper L., Schaub H. Input shaped large thrust maneuver with a tethered debris object // Acta Astronautica. 2014. Vol. 96, pp. 128-137. DOI: 10.1016/j.actaastro.2013.11.005

  14. Jasper L., Schaub H. Discretized input shaping for a large thrust tethered debris object // AAS/AIAA Spaceflight Mechanics Meeting, Santa Fe, New Mexico. 2014, 20 p.

  15. Асланов В.С., Алексеев А.В., Ледков А.С. Определение параметров оснащенной гарпуном тросовой системы для буксировки космического мусора // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=74644

  16. Асланов В.С., Пикалов Р.С. Безударное сближение космического мусора с буксиром при использовании тросовой системы // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=76750

  17. Aslanov V.S., Yudintsev V.V. Dynamics of large space debris removal using tethered space tug // Acta Astronautica. 2013. Vol. 91, pp. 149-156. DOI: 10.1016/j.actaastro.2013.05.020

  18. Aslanov V.S., Yudintsev V.V. Dynamics of Large Debris Connected to Space Tug by a Tether // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2013. Vol. 36, pp. 1654-1660. DOI: 10.2514/1.60976

  19. Aslanov V.S., Ledkov A.S. Dynamics of towed large space debris taking into account atmospheric disturbance // Acta Mechanica. 2014. Vol. 225. No. 9, pp. 2685-2697. DOI: 10.1007/s00707-014-1094-4

  20. Kelly S.G. Fundamentals of mechanical vibrations. – McGraw-Hill, 2000, 2-nd edition. – 672 p.

  21. Korn G., Korn T. Mathematical handbook for scientists and engineers: definitions, theorems, and formulas for reference and review. – General Publishing Company, 2000. – 1151 p.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017