1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Космические исследования
  4. T. 61, № 4, 2023

Космические исследования, 2023, T. 61, № 4, стр. 339-352

Исследование движения группы из четырех связанных космических аппаратов под управлением с использованием сил Лоренца

К. С. Чернов 1, *, Д. С. Иванов 1

1 Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Москва, Россия

* E-mail: chernow.kirill@gmail.com

Поступила в редакцию 10.02.2023
После доработки 10.02.2023
Принята к публикации 11.02.2023

Аннотация

В работе рассматриваются четыре космических аппарата, соединенные друг с другом электродинамическими тросами, которые при математическом моделировании движения системы считаются жесткими. В магнитном поле Земли на проводники с током действуют силы Лоренца, с использованием которых производится управление движением центра масс системы и угловым движением. В работе разработан алгоритм расчета величин сил тока для остановки дрейфа центра масс тетраэдральной формации относительно опорной орбитальной системы координат на низкой околоземной орбите и для раскрутки относительно центра масс до постоянной угловой скорости. Проводится численное исследование времени достижения заданного движения в зависимости от максимально возможной силы тока и начальных условий.

Список литературы

  1. Shirobokov M.G., Trofimov S.P. Adaptive Neural Formation-Keeping Control for Satellites in a Low-Earth Orbit // Cosmic Research. 2021. V. 59. Iss. 6. P. 501–516. https://doi.org/10.1134/S0010952521060113

  2. Leonard C.L. Formationkeeping of Spacecraft via Differential Drag. Master Thesis. Massachusetts Inst. Technol., 1986. http://hdl.handle.net/1721.1/13358

  3. Mashtakov Y., Ovchinnikov M., Petrova T. et al. Two-satellite formation flying control by cell-structured solar sail // Acta Astronaut. 2020. V. 170. P. 592–600. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.02.024

  4. Ivanov D., Gondar R., Monakhova U. et al. Electromagnetic uncoordinated control of a ChipSats swarm using magnetorquers // Acta Astronaut. 2022. V. 192. P. 15–29. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.12.014

  5. Shestakov S., Ivanov D., Ovchinnikov M. Formation-Flying Momentum Exchange Control by Separate Mass // J. Guid. Control. Dyn. 2015. V. 38. Iss. 8. P. 1–10. https://doi.org/10.2514/1.G001137

  6. Peck M.A., Streetman B., Saaj C.M., Lappas V. Spacecrat Formation Flying Using Lorentz Forces // J. Br. Interplanet. Soc. 2007. V. 60. Iss. 7. P. 263–267.

  7. Peck M.A. Prospects and challenges for Lorentz-augmented orbits // Collect. Tech. Papers – AIAA Guid. Navig. Control Conf. 2005. V. 3. P. 1631–1646. https://doi.org/10.2514/6.2005-5995

  8. Schaffer L., Burns J.A. Charged dust in planetary magnetospheres: Hamiltonian dynamics and numerical simulations for highly charged grains // J. Geophys. Res. SP. Phys. 1994. V. 99. Iss. A9. P. 17211–17223.https://doi.org/10.1029/94JA01231

  9. Saaj C.M., Lappas V., Richie D. et al. Electrostatic forces for satellite swarm navigation and reconfiguration. Final report for Ariadna Study Id. AO 4919 05. ESA, 2006. 96 p.

  10. Liu J., Gangqiang L., Zhu Z.H. et al. Automatic orbital maneuver for mega-constellations maintenance with electrodynamic tethers // Aerospace Science and Technology. 2020. V. 105. Art. ID. 105910. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.105910

  11. Yang Y.-W., Cai H. Extended time–delay autosynchronization method for libration control of electrodynamic tether using Lorentz force // Acta Astronaut. 2019. V. 159. P. 179–188. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.03.038

  12. Lu H., Li A., Wang C., Zabolotnov Y. Stability analysis and motion control of spinning electrodynamic tether system during transition into spin // Acta Astronaut. 2020. V. 177. 2019. P. 871–881. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.11.032

  13. Voevodin P.S., Zabolotnov Y.M. Analysis of the Dynamics and Choice of Parameters of an Electrodynamic Space Tether System in the Thrust Generation Mode // Cosm. Res. 2020. V. 58. Iss. 1. P. 42–52. https://doi.org/10.1134/S0010952520010062

  14. Ohkawa Y., Kawamoto S., Okumura T. et al. Review of KITE – Electrodynamic tether experiment on the H-II Transfer Vehicle // Acta Astronaut. 2020. V. 177. 2019. P. 750–758. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.03.014

  15. Kalenova V.I., Morozov V.M. Stabilization of Satellite Relative Equilibrium Using Magnetic and Lorentzian Moments // Cosm. Res. 2021. V. 59. Iss. 5. P. 343–356. https://doi.org/10.1134/S0010952521050051

  16. Alexandrov A.Y., Tikhonov A.A. Electrodynamic Control with Distributed Delay for AES Stabilization in an Equatorial Orbit // Cosm. Res. 2022. V. 60. Iss. 5. P. 366–374. https://doi.org/10.1134/S0010952522040013

  17. Kalenova V.I., Morozov V.M. Novel approach to attitude stabilization of satellite using geomagnetic Lorentz forces // Aerospace Science and Technology. 2020. V. 106. Iss. 1. Art. ID. 106105. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.106105

  18. Guzmán J.J., Edery A. Mission design for the MMS tetrahedron formation // IEEE Aerosp. Conf. Proc. 2004. V. 1. P. 533–540. https://doi.org/10.1109/AERO.2004.1367637

  19. Shestakov S., Ovchinnikov M., Mashtakov Y. Analytical approach to construction of tetrahedral satellite formation // J. Guid. Control. Dyn. 2019. V. 42. Iss. 12. P. 2600–2614. https://doi.org/10.2514/1.G003913

  20. Guerman A.D., Smirnov G.V., Paglione P., Seabra A.M.V. Stationary configurations of a tetrahedral tethered satellite formation // J. Guid. Control. Dyn. 2008. V. 31. Iss. 2. P. 424–428. https://doi.org/10.2514/1.31979

  21. Hill G.W. Researches in the Lunar Theory // Am. J. Math. 1878. V. 1. P. 5–26.

  22. Ivanov D., Monakhova U., Ovchinnikov M. Nanosatellites swarm deployment using decentralized differential drag-based control with communicational constraints // Acta Astronaut. 2019. V. 159. P. 646–657. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.02.006

  23. Mashtakov Y.V., Ovchinnikov M.Y., Tkachev S.S. Study of the disturbances effect on small satellite route tracking accuracy // Acta Astronaut. 2016. V. 129. P. 22–31. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.028

  24. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. М.: Наука, 1967.

  25. Кюнци Г.П., Крелле В. Нелинейное программирование. М.: Советское радио, 1965.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Космические исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал