Схемы построения и оптимизация проектных параметров и режимов орбитального движения комбинированной системы увода космических объектов с низкой околоземной орбиты

Авиационная и ракетно-космическая техника

2026. Т. 33. № 2. С. 220-231.

Авторы

Кульков В. М.*, Егоров Ю. Г.**, Фирсюк С. О.***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: vmk_1@mail.ru
**e-mail: yuyeg@mail.ru
***e-mail: iskramai@gmail.com

Аннотация

Для решения проблемы засорения околоземного космического пространства (ОКП) техногенными космическими объектами (КО), в том числе и нефункционирующими КА, в настоящее время разрабатываются способы увода их с орбиты по окончании срока активного существования с применением активных и пассивных систем, осуществляющих торможение и вход в плотные слои атмосферы. В статье представлен проектно-баллистический анализ комбинированных средств увода типа «электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) – аэродинамическое тормозное устройство (АТУ)». Поставлена задача оценки эффективности комбинированной системы увода космических объектов с орбиты, в рамках которой сформированы критерии и основные показатели эффективности. В качестве методологической основы оценки эффективности разработана проектная модель, отражающая схему построения и основные проектные решения системы по совокупности показателей (время полета, расход рабочего тела, энергопотребление). С помощью разработанного подхода для каждого способа увода определен наиболее эффективный вариант построения системы при заданных условиях полета с учетом проектных ограничений. Выявлены области рационального применения ЭРДУ и АТУ в зависимости от параметров системы, режимов орбитального движения и уровня солнечной активности. 


Ключевые слова:

космический мусор, космический объект, комбинированный увод с орбиты, электроракетная двигательная установка, аэродинамическое тормозное устройство

Список источников

  1.  ГОСТ Р 52925-2018. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. М.: Стандартинформ, 2018. 9 с.
  2. ESA Space Debris Mitigation Requirements. ESSB-ST-U-007 Issue 1. 2023. 83 p.
  3.  Process for Limiting Orbital Debris. NASA Technical Standard NASA-STD-8719.14C. 2021. 77 p.
  4.  ГОСТ Р 25645.101-83 Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для проектных баллистических расчетов искусственных спутников Земли. М.: Изд-во стандартов, 1984. 168 с.
  5. Earth's upper atmosphere. Density model for design ballistic computation of artificial Earth satellites. State Standard R 25645.101-83. Moscow: Izdatel’stvo standartov; 1984. 168 p. (In Russ.).
  6.  ГОСТ Р 25645.166-2004 Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 24 с.
  7. Earth's upper atmosphere. Density model for ballistic support of artificial Earth satellites flights. State Standard R 25645.166-2004. Moscow: Izdatel’stvo standartov; 2004. 24 p. (In Russ.).
  8.  Пикалов Р.С., Юдинцев В.В. Обзор и выбор средств увода крупногабаритного космического мусора. // Труды МАИ. 2018. № 100. DOI: 10.34759/trd-2019-109-1
  9. Трушляков В.И., Юдинцев В.В., Урбанский В.А. и др. Анализ состояния разработок средств очистки орбит в околоземном космическом пространстве от объектов крупногабаритного космического мусора // Омский научный вестник. Серия “Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение”. 2022. Т. 6. № 4. C. 42-52. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-4-42-52
  10. Трушляков В.И., Юткин Е.А. Обзор существующих разработок средств спуска крупногабаритного космического мусора как операции обслуживания аппаратов на орбите // Омский научный вестник. 2015. № 3(143). С. 50-56.
  11. Голубек А.В. Оптимальные затраты на комбинированный увод крупногабаритных объектов космического мусора с использованием электрореактивной двигательной установки // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 7(748). С. 101-111. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-7-101-111
  12. Пичхадзе К.М., Сысоев В.К., Фирсюк С.О. и др. Анализ конструкции устройства аэродинамического торможения спутников CubeSat для увода с низких околоземных орбит // Инженерный журнал: наука и инновации. 2020. № 5(101). DOI: 10.18698/2308-6033-2020-5-1982
  13. Крестина А.В., Ткаченко И.С., Волгин С.С. и др. Устройство аэродинамической системы увода малого космического аппарата с орбиты // Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. № 1(121). DOI: 10.18698/2308-6033-2022-1-2143
  14. Roddy M, Huang A. Development of a Solid-State Inflation Balloon Deorbiter. ASME 2016 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (November 11-17, 2016; Phoenix, USA). DOI: 10.1115/IMECE2016-67467
  15. Финченко В.С., Фирсюк С.О., Кульков В.М. и др. К вопросу проектирования инновационного спускаемого аппарата с развертываемым надувным тормозным устройством // Актуальные вопросы проектирования автоматических космических аппаратов для фундаментальных и прикладных научных исследований: Сборник трудов II научно-технической конференции (04–09 сентября 2017; Анапа, Краснодарский край). Химки: Изд-во НПО им. С.А. Лавочкина, 2017. С. 44-51.
  16. Finchenko VS, Firsyuk SO, Kulkov VM, et al. To the questionof designing an innovative descent vehicle with a deployable inflatable braking device. Materialy nauchno-tekhnicheskoi konferentsii “Aktual'nye voprosy proektirovaniya avtomaticheskikh kosmicheskikh apparatov dlya fundamental'nykh i prikladnykh nauchnykh issledovanii” (September 04–09, 2017; Anapa). Khimki: NPO im. S.A. Lavochkina; 2017. p. 44-51. (In Russ.).
  17.  Кульков В.М., Юн С.У., Фирсюк С.О. Метод управления движением малых космических аппаратов с использованием надувных тормозных устройств для торможения при орбитальном полете до входа в атмосферу // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 23-36. DOI: 10.34759/vst-2020-3-23-36
  18. Koryanov VV, Alifanov OM, Nedogarok AA, et al. Review of the technologies for development the inflatable brake device for deorbiting the space objects. AIP Conference Proceedings. XLIV Academic Space Conference (January 28–31, 2020; Moscow, Russia). 2021;2318(1):110014. DOI: 10.1063/5.0036055
  19.  Yoon SW, Kulkov VM, Firsyuk SO, et al. Problems of controlling the motion of small satellite using inflatable thin-film shells for removal space objects from orbit. AIP Conference Proceedings. XLIV Academic Space Conference (January 28–31, 2020; Moscow, Russia). 2021;2318(1):110002. DOI: 10.1063/5.0035800
  20.  Фирсюк С.О., Кульков В.М., Егоров Ю.Г. и др. Космический аппарат с устройством аэродинамического торможения для увода космических объектов с орбиты в атмосферу Земли и способ управления его полетом. Патент RU 2748483 C1. Бюл. №15, 26.05.2021.
  21. Аншаков Г.П., Крестина А.В., Ткаченко И.С. Анализ эффективности применения средств увода с орбиты малых космических аппаратов // Космические аппараты и технологии. 2020. Т. 4. № 2(32). С. 72-84. DOI: 10.26732/j.st.2020.2.02
  22. Марахтанов М.К., Пильников А.В. О возможности применения солнечной электрореактивной двигательной установки на низкоорбитальных малых космических аппаратах // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 4. С. 26-39.
  23. Попов Г.А., Кульков В.М., Петухов В.Г. и др. Космическая платформа с электроракетной двигательной установкой в сочетании с ракетой-носителем воздушного старта // Результаты фундаментальных исследований в прикладных задачах авиастроения: Сборник статей. М.: Наука, 2016. С. 175-186.
  24. Петухов В.Г. Оптимизация многовитковых перелетов между некомпланарными эллиптическими орбитами // Космические исследования. 2004. Т. 42. № 3. С. 260–279.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026