1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 3, 2022

Известия РАН. Механика твердого тела, 2022, № 3, стр. 16-31

ДВУХЭТАПНЫЙ МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ

Ю. М. Заболотнов a, *, П. С. Воеводин b, **, Лу Хонши a, ***

a Самарский национальный исследовательский университет
Самара, Россия

b Ракетно-космический центр “Прогресс”
Самара, Россия

* E-mail: yumz@yandex.ru
** E-mail: p.voevodin@inbox.ru
*** E-mail: 292969972@qq.com

Поступила в редакцию 29.03.2021
После доработки 15.04.2021
Принята к публикации 13.05.2021

Аннотация

Рассматривается процесс развертывания и перевода во вращение с заданной угловой скоростью электродинамической космической тросовой системы на околоземной орбите. Тросовая система представляет собой линейную группировку трех микроспутников, связанных проводящими ток изолированными тросами. Процесс формирования тросовой системы разбивается на два этапа. На первом этапе ток в тросе отсутствует и используется релейный для сил натяжения закон развертывания системы на заданную длину троса. На втором этапе с помощью управления током система переводится в заданное конечное состояние вращения с постоянной угловой скоростью. Для описания движения центров масс микроспутников используются уравнения Лагранжа. При условии медленного изменения сил натяжения получена аналитическая оценка для характеристик углового движения микроспутников относительно направления тросов. Эффективность рассматриваемого подхода к формированию вращающейся космической тросовой системы и точность аналитических решений подтверждается численными примерами.

Ключевые слова: тросовая группировка микроспутников, перевод во вращение, управление, проводящие ток тросы, движение микроспутников вокруг центра масс

Список литературы

  1. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990. 336 с.

  2. Zhong R., Zhu Z.H. Dynamics of nanosatellite deorbit by bare electrodynamic tether in low earth orbit // J. Spacecr. Rockets. 2013. V. 50. № 3. P. 691–700. https://doi.org/10.2514/1.A32336

  3. Iñarrea M., Lanchares V., Pascual A., Salas J. Attitude stabilization of electrodynamic tethers in elliptic orbits by time-delay feedback control // Acta Astronaut. 2014. V. 96. P. 280–295. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.12.011

  4. Fuhrhop K.R. Theory and Experimental Evaluation of Electrodynamic Tether Systems and Related Technologies. PhD Dissertation. University of Michigan. 2007. 307 p.

  5. Ohkawa Y., Kawamoto S., Okumura T. et al. Review of KITE-electrodynamic tether experiment on HTV-6 // Acta Astronaut. 2020. V. 177. P. 750–758. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.03.014

  6. Levin E.M. Dynamic analysis of space tether missions. San Diego: American Astronautical Society, 2007. 453 p.

  7. Zhong R., Zhu Z.H. Optimal control of nanosatellite fast deorbit using electrodynamic tether // J. Guid. Contr. Dyn. 2014. V. 37. № 4. P. 1182–1194. https://doi.org/10.2514/1.62154

  8. Iñarrea M., Lanchares V., Pascual A.I., Salas J.P. Attitude stabilization of electrodynamic tethers in elliptic orbits by time-delay feedback control // Acta Astronaut. 2014. V. 96. P. 280–295. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.12.011

  9. Zhou X., Li J., Baoyin H., Zakirov V. Equilibrium control of electrodynamic tethered satellite systems in inclined orbits // J. Guid. Contr. Dyn. 2006. V. 29. № 6. P. 1451–1454. https://doi.org/10.2514/1.21882

  10. Voevodin P.S., Zabolotnov Yu.M. Stabilizing the motion of a low-orbit electrodynamic tether system // J. Comput. Syst. Sci. Int. 2019. V. 58. № 2. P. 270–285. https://doi.org/10.1134/S1064230719020175

  11. Voevodin P.S., Zabolotnov Yu.M. Analysis of the dynamics and choice of parameters of an electrodynamic space tether system in the thrust generation mode // Cosmic Res. 2020. V. 58. № 1. P. 42–52. https://doi.org/10.1134/S0010952520010062

  12. Chen X., Sanmartín J.R. Bare-tether cathodic contact through thermionic emission by low-work-function materials // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. P. 1–8. https://doi.org/10.1063/1.4736987

  13. Sánchez-Arriaga G., Bombardelli C., Chen X. Impact of nonideal effects on bare electrodynamic tether performance // J. Propul. Power. 2015. V. 31. № 3. P. 951–955. https://doi.org/10.2514/1.B35393

  14. Кульков В.М., Егоров Ю.Г., Тузиков С.А. Исследование интегральных энергетических характеристик космической электродинамической тросовой системы для орбитальных экспериментов // Изв. РАН. Энергетика. 2017. № 3. С. 114–127.

  15. Кульков В.М., Егоров Ю.Г., Тузиков С.А. Исследование конфигурации и формирование проектного облика развернутой электродинамической тросовой системы в составе орбитальных космических аппаратов // Изв. РАН. Энергетика. 2018. № 3. С. 119–130. https://doi.org/10.7868/S0002331018030123

  16. Ишков С.А., Наумов С.А. Управление развертыванием орбитальной тросовой системы // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2006. Т. 9. № 1. С. 77–85.

  17. Kruijff M. Tethers in Space. Netherlands: Delta-Utec Space Research, 2011. 432 p.

  18. Zabolotnov Yu.M. Dynamics of the formation of a rotating orbital tether system with the help of electro-thruster // Procedia Eng. 2017. V. 185. P. 261–266. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.339

  19. Воеводин П.С., Заболотнов Ю.М. О стабилизации движения электродинамической тросовой системы на околоземной орбите // Изв. РАН. МТТ. 2019. № 4. С. 49–63. https://doi.org/10.1134/S057232991904010X

  20. Заболотнов Ю.М., Наумов О.Н. Движение спускаемой капсулы относительно центра масс при развертывании орбитальной тросовой системы // Космич. исслед. 2012. Т. 50. Вып. 2. С. 177–187.

  21. Основы теории полета космических аппаратов / Под ред. Г.С. Нариманова, М.К., Тихонравова. М.: Машиностроение, 1972. 608 с.

  22. Заболотнов Ю.М. Применение метода интегральных многообразий для анализа пространственного движения твердого тела на тросе // Изв. РАН. МТТ. 2016. № 4. С. 3–18.

  23. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 1. Механика. М.: Наука, 1988. 216 с.

  24. Заболотнов Ю.М. Резонансные движения статически устойчивого волчка Лагранжа при малых углах нутации // ПММ. 2016. Т. 80. № 4. С. 432–443.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал