РОЗРОБКА КОНСТРУКТИВНОЇ СХЕМИ ТА ВИБІР ПАРАМЕТРІВ АЕРОДИНАМІЧНОЇ СИСТЕМИ ВІДВЕДЕННЯ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ РОЗРОБКИ ДП КБ «ПІВДЕННЕ» З ОРБІТИ

А. Алпатов; Е. Лапханов; О. Палій

doi:10.15407/scine18.04.055

Автор(и)

А. Алпатов Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України https://orcid.org/0000-0003-4411-2250
Е. Лапханов Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України https://orcid.org/0000-0003-3821-9254
О. Палій Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України https://orcid.org/0000-0002-7856-2615

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine18.04.055

Ключові слова:

космічне сміття, аеродинамічна система відведення, час відведення, проектні параметри системи відведення

Анотація

Вступ. Для стабілізації середовища космічного сміття відпрацьовані космічні апарати та верхні ступені ракет-носіїв необхідно відводити з орбіти.
Проблематика. Проведений аналіз надувних аеродинамічних систем відведення космічних апаратів з орбіти показав, що вони є ефективним засобом відведення космічних апаратів з орбіти на висотах до 800 км, однак мають певні недоліки: ймовірність пошкодження фрагментами космічного сміття через чутливість матеріалу оболонки, а також ймовірність електростатичного пробою.
Мета. Розробка конструктивної схеми та вибір параметрів аеродинамічної системи відведення космічних апаратів, розроблених ДП «КБ «Південне», з орбіти.
Матеріали й методи. Методи механіки космічного польоту, математичне моделювання задач проєктування.
Результати. Розрахунки показали, що час відведення космічного апарату «Січ-2-1» із планованої орбіти складає близько 6,5 років при масі аеродинамічної системи відведення 9 кг, що складає 5% від маси зазначеного космічного апарата. Визначено, що у разі збільшення часу відведення космічного апарата «Січ-2-1» з планованої орбіти після завершення експлуатації до 25 років, масу аеродинамічної системи можна зменшити до 4,5 кг. При масі аеродинамічної системи відведення в 9 кг, межею ефективного застосування зазначеної аеродинамічної системи відведення є висоти від 730 до 750 км на близьких до кругових орбітах різної дислокації і висоти не більше 700 км в перигеї та 842 км в апогеї на малоеліптичних орбітах.
Висновки. Виходячи із вимог ДП КБ «Південне» до масових і габаритних параметрів засобу відведення, було розроблено конструктивну схему і проєктний вигляд аеродинамічної системи відведення, що розгортається. Особливістю конструкції є компактність, що забезпечується застосуванням пружинних механізмів і маловитратних мікроелектродвигунів, що розгортають аеродинамічні елементи. Така конструкція займає незначний об’єм на космічному апараті «Січ-2-1»

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

The Orbital Debris Quarterly News. (2019). NASA JSC Houston, 23(1, 2).

Alpatov, A. P., Goldstein, Yu. M. (2017). Ballistic Analysis of Orbits Distribution of Spacecraft for Different Functional Missions. Technical mechanics, 2, 33-40. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/itm2017.02.033

Alpatov, A. P., Holdshtein, Yu. M. (2019). On the choice of the ballistic parameters of an on-orbit service spacecraft. Technical mechanics, 1, 25-37. https://doi.org/10.15407/itm2019.01.025

Lovell, T. A., Tragesser, S. (2004, August). Guidance for Relative Motion of Low Earth Orbit Spacecraft Based on Relative Orbit Elements. AIAA Paper 2004-4988, presented at the AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Providence, RI. https://doi.org/10.2514/6.2004-4988

. Paliy, A. S. (2012). Methods and means of spacecraft deorbiting from operating orbits (state of the problem). Technical mechanics, 1, 94-102 [in Russian]

Dron, N. M., Horolsky, P. G., Dubovik, L. G. (2014). Ways of reduction of technogenic pollution of the near-earth space. Scientific Bulletin of NMU, 3 (141), 125-130 [in Russian].

. Lapkhanov, Е. О. (2019). Features of the development of means for spacecraft removal from near-Earth operational orbits. Technical mechanics, 2, 16-30. [in Ukrainian] https://doi.org/10.15407/itm2019.02.016

Golovko, M. G., Bezugly, V. A., Bondarenko, S. G., Rubakha, Yu. A., Pokrovsky, R. O. (2012). Technical aspects of space debris control. Ecology and noosphereology, 23(1-2), 110-120.

Patent of Russian Federation No. 2014115630/11. Sergeev, V. E, Burdaev, M. N., Golovko, A. V. Method for removing nonfunctioning spacecraft from geostationary orbit [In Russian].

Alpatov, А. P., Gorbulin, V. P. (2013). Orbital space platforms for industrial complex: problems and prospects. Bulletin of the NAS of Ukraine, 12, 26-38 [in Russian]. https://doi.org/10.15407/visn2013.12.026

Alpatov, A. P. (2018). Information models and technologies for combating anthropogenic pollution of near space. System technologies, 3(116), 3-14 [in Russian].

Benvenuto, R., Salvi, S., Lavagna, M. (2015). Dynamics analysis and GNC design of flexible systems for space debris active removal. Acta Astronautica, 110, 247-265. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.01.014

Alpatov, A. P., Khoroshylov, S. V., Maslova, A. I. (2019). Сontactless de-orbiting of space debris by the ion beam. Dynamics and control. Kyiv: Akademperiodyka, 150. https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.383.170

Dudeck, M., Doveil, F., Arcis, N., Zurbach, S. (2011). Plasma propulsion for geostationary satellites and interplanetary spacecraft. Rom. Journ. Phys. Bucharest, 56, 3-14. URL: http://www.nipne.ro/rjp/2011_56_Suppl/0003_ 0014.pdf (Last accessed 30.10.2021).

Alby, F. (2004). SPOT-1 End of life disposal maneuvers. Advances in Space Research, 35, 1335-1342. https://doi.org/10.1016/j.asr.2004.12.013

Pikalov, R . S., Yudintsev, V. V. (2018). Review and selection of means for removing large-sized space debris. Proceedings of the MAI, 100. URL: http://trudymai.ru/upload/iblock/239/Pikalov_YUdintsev_rus.pdf?lang=ru&issue=100 (Last accessed 30.10.2021) [in Russian].

Alpatov, A. P., Paliy, O. S., Skorik, О. D. (2017). The Development of Structural Design and the Selection of Design Parameters of Aerodynamic Systems for De-orbiting Upper-stage Rocket Launcher. Nauka innov., 13(4), 33-45. https://doi.org/10.15407/scin13.03.033

Rasse, B., Damilano, P., Dupuy, C. (2014). Satellite inflatable deorbiting equipment for LEO spacecrafts. Journal of Space Safety Engineering, 1(2), 75-83. https://doi.org/10.1016/S2468-8967(16)30084-2

Anderson, J. L. NASA's Nanosail-D 'Sails' Home - Mission Complete. NASA.gov. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/smallsats/11-148.html (Last accessed 30.10.2021).

Mishchenko, O. V. (2017). On the determination of the tether length for an experimental electrodynamic system. Technical mechanics, 4, 55-63. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/itm2017.04.055

Pirozhenko, A. V., Mischenko, A. V. (2018). Small Experimental Electrodynamic Space Tether System. Electrical model. Space Sci.&Technol, 24(3), 3-10. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/knit2018.03.003

Kawashima, R., Bak, J., Matsuzawa, S. (2018). Inamori T. Particle Simulation of Plasma Drag Force Generation in the Magnetic Plasma Deorbit. Tokyo University. URL: www.al.t.utokyo.ac.jp/members/junhwib/docs/2018Kawashima_ JSR.pdf (Last accessed 30.10.2021).

Shuvalov, V. A., Gorev, N. B., Tokmak, N. A., Pis'menny, N. I., Kochubei, G. S. (2018). Control of the drag on a spacecraft in the earth's ionosphere using the spacecraft's magnetic field. Acta Astronautica, 151, 717-725. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.06.038

Fortescue, P., Stark, J., Swinerd, G. (2011). Spacecraft systems engineering. Chichester. 724 p. https://doi.org/10.1002/9781119971009

Maslova, A. I., Pirozhenko, A. V. (2016). Orbit changes under the small constant deceleration. Space Sci.&Technol, 22(6), 20-24. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/knit2016.06.020

Pirozhenko, A. V., Maslova, A. I., Vasilyev, V. V. (2019). About the influence of second zonal harmonic on the motion of satellite in almost circular orbits. Space Sci. & Technol., 25(2), 3-11 [In Russian] https://doi.org/10.15407/knit2019.02.003

ECSS-E-ST-10-04C. Space engineering, Space environment (2008). Noordwijk: ECSS Secretariat, ESA-ESTEC, Requirements & Standards Division, 198.

Lapkhanov, E., Khoroshylov, S. (2019). Development of the aeromagnetic space debris deorbiting system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5(101)), 30-37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382

Trofimov, S. P. (2015). Taking small spacecraft from the upper segment of low orbits using a sail to increase the force of light pressure. Keldysh Institute preprints, 32, URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2015-32 (Last accessed 30.10.2021) [in Russian].