Стыковка с объектом космического мусора при помощи разворачиваемой упругой балки-ленты

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

Рассматривается задача стыковки космического буксира с вращающимся неуправляемым объектом космического мусора типа «орбитальная» ступень с использованием известного устройства стыковки типа «штангаконус». В качестве стыковочного порта конуса используется сопло орбитальной ступени. Предлагаемый способ позволяет выполнять стыковку с вращающимися объектами космического мусора. Для снижения ударных нагрузок, возникающих при стыковке, предлагается использовать в качестве штанги разворачиваемую гибкую балку (ленту) большого удлинения, устанавливаемую на космический буксир. В статье представлена модель процесса стыковки буксира с космическим мусором, в которой упругая штанга заменяется системой твёрдых тел, связанных шарнирами с упругими элементами, имитирующими её изгибную жёсткость. Приведены результаты моделирования процесса стыковки для нескольких сочетаний длины и изгибной жёсткости штанги. Результаты моделирования показывают преимущества предложенной схемы, заключающиеся в увеличении вероятности успешной стыковки и снижения ударных нагрузок, действующих на космический буксир в процессе стыковки.

Ключевые слова:

космический мусора, космический буксир, механизм «штангаконус», упругая балка-лента

Библиографический список

  1. 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

  2. Aslanov V.S., Yudintsev V.V. Dynamics, analytical solutions and choice of parameters for towed space debris with flexible appendages // Advances in Space Research. 2015. Vol. 55. No 2, pp. 660-667. DOI: 10.1016/j.asr.2014.10.034

  3. Benvenuto R., Lavagna M.R. Flexible capture devices for medium to large debris active removal: simulations results to drive experiments // 12th Symposium on Advanced Space Technologies in Automation and Robotics, 2013.

  4. Botta E.M., Sharf I., Teichmann M., Misra A.K., Teichmann M. On the simulation of tether-nets for space debris capture with Vortex Dynamics // Acta Astronautica. 2016. Vol. 123, pp. 91-102. DOI: 10.1016/j.actaastro. 2016.02.012

  5. Botta E.M., Sharf I., Misra A.K. Contact dynamics modeling and simulation of tether nets for space-debris capture // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2016. Vol. 40. No 1, pp. 110-123. DOI: 10.2514/1.G000677

  6. Baranov A.A., Grishko D.A., Chernov N.V. Flyby of large-size space debris objects situated at leo with their successive de-orbiting // Science. Education. Bauman MSTU. 2016. Vol. 16. No 4, pp. 48-64. DOI: 10.7463/0416.0838417

  7. Олейников И.И., Павлов В.П., Ковалёва М.В. Методы выявления и оценки параметров опасных ситуаций при обеспечении безопасности полета космических аппаратов в околоземном космическом пространстве // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 5. С. 32–37.

  8. 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.

  9. Benvenuto R., Salvi S., Lavagna M. Dynamics analysis and GNC design of flexible systems for space debris active removal // Acta Astronautica. 2015. Vol. 110, pp. 247-265. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.01.014

  10. Zhai G., Qiu Y., Liang B, Li C. On-orbit capture with flexible tether-net system // Acta Astronautica. 2009. Vol. 65. No 5-6, pp. 613-623. DOI: 10.1016/j.actaastro.2009.03.011

  11. Lavagna M., Armellin R., Bombelli A., Benvenuto R. Debris removal mechanism based on tethered nets // International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (iSAIRAS 2012), Torino, Italy, 2012-09-04 – 2012-09-06, 6 p. URL: https://eprints.soton.ac.uk/id/eprint/360808

  12. 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://trudymai.ru/published.php?ID=74644

  13. Сыромятников В.С. Стыковочные устройства космических аппаратов. – М.: Машиностроение, 1984.– 216 c.

  14. Fehse W. Automated Rendezvous and Docking of Spacecraft. – Cambridge University Press. 2003. – 516 p. DOI: 10.1017/CBO9780511543388

  15. Яскевич А.В. Математические модели гистерезиса, описывающие деформации механизмов для стыковки космических аппаратов // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=62062

  16. Trushlyakov V., Yudintsev V. Systems engineering design and optimization of an active debris removal mission of a spent rocket body using piggyback autonomous module // 3rd IAA Conference on Dynamics and Control of Space Systems – «DyCoSS 2017», 30 May – 1 June 2017, Moscow, 2017, pp. 667– 681.

  17. Lagno O., Lipatnikova T., Makarov Y., Mironova T., Shatrov Y., Trushlyakov V., Yudintsev V. Parameters design of autonomous docking module and the choice of suitable target and primary payload for ADR // 7th European Conference on Space Debris ESOC, 18-21April 2017. Darmstadt, Germany, 2017.

  18. Warren A.P., Lauderdale W.R. Method and apparatus for securing to a spacecraft. Patent US3508723A, 26.12.1967.

  19. Moody C.K., Probe A.B., Masher A., Woodbury T., Saman M., Davis J., Hurtado J.E. Laboratory Experiments for Orbital Debris Removal // AAS Guidance, Navigation, and Control Conference. Breckenridge, CO, 2016, 12 p.

  20. Portree D.S.F. Mir Hardware Heritage. Part 1 – Soyuz, 2014. URL: https://en.wikisource.org/wiki/Mir_Hardware_Heritage/Part_1_-_Soyuz

  21. Zhang X., Huang Y., Chen X. Contact analysis of flexible beam during space docking process // Advances in Engineering Software. 2013. Vol. 64, pp. 38-46. DOI: 10.1016/j.advengsoft.2013.05.010

  22. Xiang Z., Yiyong H., Xiaoqian C., Wei H. Modeling of a space flexible probe-cone docking system based on the Kane method // Chinese Journal of Aeronautics. 2014. Vol. 27. № 2, pp. 248-258. DOI: 10.1016/ j.cja.2014.02.020

  23. Дмитроченко О.Н., Михайлов Н.Н., Погорелов Д.Ю. Моделирование геометрически нелинейных упругих стержневых систем твёрдотельными конечными элементами // Динамика и прочность транспортных машин: Сб. науч. трудов / Под ред. В.И. Сакало. Брянск: Изд-во БГТУ, 1998. С. 33 – 39.

  24. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. – М.: Наука, 1977. – 224 с.

  25. Гольдсмит В. Удар. Теоретические и физические свойства соударяемых тел: Монография. – М.: Издательство литературы по строительству, 1965. – 448 p.



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024