Управление при развертывании электродинамической тросовой системы с проводящим ток неизолированным тросом

Авиационная и ракетно-космическая техника

2026. Т. 33. № 1. С. 118-129.

Авторы

Заболотнов Ю. М.*, Быстранова Т. А.**

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

*e-mail: yumz@yandex.ru
**e-mail: tsskd@mail.ru

Аннотация

Рассматривается управление процессом развертывания электродинамической космической системы, состоящей из малого спутника, проводящего ток неизолированного троса и груза (эмиттера электронов). Взаимодействие неизолированного проводящего троса с магнитным полем Земли приводит к возникновению тормозящей силы, которая может использоваться для быстрого удаления с орбиты отработавших свой ресурс наноспутников и малых космических аппаратов. Поэтому анализируется возможность применения для развертывания системы наиболее простой программы управления, реализуемой без обратной связи, что существенно упрощает систему управления. В связи с этим рассматривается влияние возмущений на точность приведения системы в заданное состояние. Показано, что ошибки, неизбежно возникающие при развертывании тросовой системы, могут быть компенсированы с помощью управления силой тока в тросе по окончании формирования системы. Для предварительного анализа применяется модель, в которой трос является прямолинейным и нерастяжимым (стержневая модель). Для более тщательной проверки работы алгоритма управления используется модель с распределенными параметрами, в которой трос представляется множеством материальных точек с односторонними механическими упругими связями, что позволяет учесть растяжимость троса, его изгибные колебания в результате действия распределенной нагрузки от электромагнитных сил, ударные явления («отскоки») после достижения конечной длины троса.

Ключевые слова:

электродинамическая космическая тросовая система, проводящий ток неизолированный трос, управлением развертыванием тросовой системы, стабилизация движения тросовой системы после развертывания

Список источников

  1.  Kruijff M., van der Heide E.J., Ockels W.J. Data analysis of a tethered SpaceMail experiment // Journal of Spacecraft and Rockets. 2009. Vol. 46. No. 6, pp. 1272–1287. DOI: 10.2514/1.41878
  2.  Екимовская А.А., Ермаков В.Ю., Туфан А. Исследование вращающейся тросовой космической системы в зависимости от силы натяжения троса // Инженерный журнал: наука и инновации. 2025. № 10(166):3. EDN TDCCMG
  3.  Zhong R., Zhu Z.H. Dynamics of Nanosatellite Deorbit by Bare Electrodynamic Tether in Low Earth Orbit // Journal of Spacecraft and Rockets. 2013. Vol. 50. No. 3, pp. 691–700. DOI: 10.2514/1.A32336
  4.  Ohkawa Y., Kawamoto S., Okumura T., et al. Review of KITE – Electrodynamic tether experiment on the H-II Transfer Vehicle // Acta Astronautica. 2020. Vol. 177. No. 2, pp. 750–758. DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.03.014
  5. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990. 329 с.
  6. Чернов К.С., Иванов Д.С. Исследование движения группы из четырех связанных космических аппаратов под управлением сил Лоренца // Космические исследования. 2023. Т. 61. № 4. С. 339–352. DOI: 10.31857/S0023420623600022 EDN UMATAE
  7. Заболотнов Ю.М., Назарова А.А. Метод формирования треугольной вращающейся тросовой группировки космических аппаратов с использованием электромагнитных сил // Известия РАН. Теория и системы управления. 2022. №4. С. 160–176. DOI: 10.31857/S000233882204014X EDN: FYVXHL
  8. Кульков В.М. Анализ проектных параметров и исследование режимов управления орбитальным движением электродинамической тросовой системы // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 2. С. 41–46.
  9. Кульков В.М., Егоров Ю.Г., Тузиков С.А., и др. Особенности построения малоразмерных космических электродинамических тросовых систем // Известия РАН. Энергетика. 2019. № 3. С. 52–67. DOI: 10.1134/S0002331019030117
  10. Асланов В.С., Юдинцев В.В. Выбор параметров системы увода космического мусора с упругими элементами посредством тросовой буксировки // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 1. С. 7-17.
  11. Юдинцев В.В. Динамика захвата сетью вращающегося объекта космического мусора // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 37-48.
  12. Chen X., Sanmartin J.R. Bare-tether cathodic contact through thermionic emission by low–work–function materials // 39th European Physical Society Conference on Plasma Physics & 16th International Congress on Plasma Physics (2-6 July 2012; Stockholm, Sweden). Vol. 19: 073508. DOI: 10.1063/1.4736987
  13. Sánchez-Arriaga G., Bombardelli C., Chen X. Impact of Nonideal Effects on Bare Electrodynamic Tether Performance // Journal of Propulsion and Power. 2015. Vol. 31. No. 3, pp. 951–955. DOI: 10.2514/1.B35393
  14. Sanmartin J.R., Martinez-Sanchez M., Ahedo E. Bare wire anodes for electrodynamic tethers // Journal of Propulsion and Power. 1993. Vol. 9. No. 3, pp. 353–360. DOI: 10.2514/3.23629
  15. Xie K., Liang F., Xia Q., et al. Power Generation on a Bare Electrodynamic Tether during Debris Mitigation in Space // International Journal of Aerospace Engineering. 2021. DOI: 10.1155/2021/8834196
  16. Sanmartin J.R., Chen X., Sánchez-Arriaga G. Analysis of Thermionic Bare Tether Operation Regimes in Passive Mode // Physics of Plasma. 2017. Vol. 24. No. 1: 013515. DOI: 10.1063/1.4974764
  17. Быстранова Т.А., Заболотнов Ю.М. О возможности определения параметров ионосферы при удалении наноспутника с орбиты с помощью неизолированного проводящего ток троса // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2025. Т. 24. № 1. С. 19–30. DOI: 10.18287/2541-7533-2025-24-1-19-30
  18. Menon C., Kruijff M., Vavonliotis A. Design and Testing of a Space Mechanism for Tether Deployment // Journal of Spacecraft and Rockets. 2007. Vol. 44. No. 4, pp. 927–939. DOI: 10.2514/1.23454
  19. Воеводин П.С., Заболотнов Ю.М. Моделирование и анализ колебаний электродинамической тросовой системы на орбите спутника Земли // Математическое моделирование. 2017. Т. 29. № 6. С. 21–34.
  20. Воеводин П.С., Заболотнов Ю.М. Моделирование процесса торможения наноспутника с помощью электродинамической тросовой системы // Проблемы управления и моделирования в сложных системах // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: Сборник трудов XXI Международной конференции (03–06 сентября 2019; Самара). Самара: Офорт, 2019. Т. 1. С. 232–237.
  21. Заболотнов Ю.М. Управление развертыванием орбитальной тросовой системы, состоящей из двух малых космических аппаратов // Космические исследования. 2017. Т. 55. № 3. С. 236–246. DOI: 10.7868/S002342061702008X
  22. Дон Ч. Анализ динамики и управление движением низкоорбитальной космической тросовой системы // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 1. С. 84-91.
  23. Охоцимский Д.Е., Сихарулидзе Ю.Г. Основы механики космического полета: Москва: Наука, 1990. 445 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026