Preview

Машиностроение и компьютерные технологии

Расширенный поиск

Управление космической тросовой системой при уводе с круговой орбиты капсулы с грузом

https://doi.org/10.24108/1117.0001323

Полный текст:

Аннотация

В статье рассматривается транспортная операция доставки груза с круговой орбиты с помощью космической тросовой системы. Использование троса позволяет перевести капсулу с грузом на орбиту спуска без использования реактивного топлива. Всю транспортную операцию можно разделить на три участка: торможение для схода груза с исходной орбиты, полет по эллиптической орбите до границы атмосферы, спуск в атмосферу. Для торможения на первом этапе используется протяженный трос, длина которого изменяется в соответствии с принципом качелей. Этот принцип позволяет осуществить раскачку космической тросовой системы и использовать относительную скорость возвратного колебания для уменьшения абсолютной скорости груза на конце троса.

Цель данной работы является разработка методики выбора параметров закона управления длиной троса и момента отделения капсулы, позволяющих осуществить посадку капсулы с учетом допустимых тепловых и динамических нагрузок на атмосферном этапе движения.

В рамках работы рассмотрено плоское движение механической системы, состоящей из спутника, невесомого троса и груза. Были записаны уравнения, описывающие движение груза на этапах связанного движения, свободного орбитального полета и спуска в атмосферу. Была предложена методика выбора параметров закона управления длиной троса. В качестве критерия эффективности был использован функционал, учитывающий динамические и тепловые нагрузки на атмосферном участке спуска груза. Этот функционал может быть построен численно для системы с заданными массово-геометрическими параметрами в результате серии численных расчетов. В рамках работы было проведено сравнение спуска груза при использовании хорошо известного динамического закона управления тросом и закона управления на основе принципа качелей. Было показано, что в задаче спуска груза с круговой орбиты принцип качелей оказывается более эффективным, чем динамическое развертывание. Оптимальное значение коэффициента управления находится на границе по скорости выпуска троса.

Полученные результаты могут быть использованы на этапе проектирования космических транспортных систем, включающих протяженные тросы.

Об авторах

Т. А. Ледкова
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара
Россия

Ледкова Татьяна Александровна

Аспирант кафедры Теоретической механики Самарского Университета



В. С. Асланов
http://aslanov.ssau.ru/
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара
Россия

Асланов Владимир Степанович

Заведующий кафедрой Теоретической механики Самарского университета.



Список литературы

1. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990. 329 с.

2. Dynamics of tethered satellite systems / Ed. by V.S. Aslanov and A.S. Ledkov. Oxf.; Philadelphia: Woodhead Publ., 2012. 331 p.

3. Cartmell M. P., McKenzie D.J. A review of space tether research // Progress in Aerospace Sciences. 2008. Vol. 44. No. 1. Pp. 1-21. DOI: 10.1016/j.paerosci.2007.08.002

4. Zimmermann F., Schöttle U.M., Messerschmid E. Optimization of the tether-assisted return mission of a guided re-entry capsule // Aerospace Science and Technology. 2005. Vol. 9. No. 8. Pp. 713-721. DOI: 10.1016/j.ast.2005.09.002

5. Горелов С.К., Софьин А.П., Щербаков В.И. Развертывание космической тросовой системы при доставке спускаемого аппарата с орбитальной станции на Землю // Тр. Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2016. № 652. С.154-159.

6. Асланов В.С., Ледков А.С., Стратилатов Н.Р. Влияние на вращательное движение космического аппарата тросовой системы, предназначенной для доставки груза на Землю // Полет. 2009. №. 1. С. 54-60.

7. Kruijff M., van der Heide E.J. Qualification and in-flight demonstration of a European tether deployment system on YES2 // Acta Astronautica. 2009. Vol. 64. No. 9-10. Pp. 882-905. DOI: 10.1016/j.actaastro.2008.10.014

8. Aslanov V.S. Swing principle for deployment of a tether-assisted return mission of a re-entry capsule // Acta Astronautica. 2016. Vol. 120. Pp. 154-158. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.12.020

9. Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. 407 с.

10. Ледков А.С. Использование генетического алгоритма для поиска закона управления развертыванием троса в задаче доставки груза с орбиты // Интернет-журнал Науковедение. 2014. № 5 (24). С. 12.

11. Ишков C.А., Наумов С.А. Управление развертыванием орбитальной тросовой системы // Вестник Самарского гос. аэрокосмического университета им. акад. С.П. Королёва. 2006. № 1(9). С. 77-85.

12. Асланов В.С. Принцип качелей при развертывании тросовой системы для доставки капсулы на Землю // Тр. Моск. авиационного ин-та (МАИ). 2017. Вып. 93. C. 1-13.

13. Williams P., Hyslop A., Stelzer M., Kruijff M. YES2 optimal trajectories in presence of eccentricity and aerodynamic drag // Acta Astronautica. 2009. Vol. 64. No. 7-8. Pp. 745–769. DOI: 10.1016/j.actaastro.2008.11.007

14. Aslanov V.S., Ledkov A.S. Tether-assisted re-entry capsule deorbiting from an elliptical orbit // Acta Astronautica. 2017. Vol. 130. Pp. 180–186. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.10.028

15. Маркеев А.П. Теоретическая механика: учебник. 2-е изд. М.: Регулярная и хаотическая динамика; ЧеРо, 1999. 569 c.

16. Асланов В.С. Пространственное движение тела при спуске в атмосфере. М:. Физматлит, 2004. 160 с.

17. Weiland C. Computational space flight mechanics. B.: Springer, 2010. 300 p.


Для цитирования:


Ледкова Т.А., Асланов В.С. Управление космической тросовой системой при уводе с круговой орбиты капсулы с грузом. Машиностроение и компьютерные технологии. 2017;(11):1-16. https://doi.org/10.24108/1117.0001323

For citation:


Ledkova T.A., Aslanov V.S. Space Tethered System Control for Payload Delivery from a Circular Orbit. Mechanical Engineering and Computer Science. 2017;(11):1-16. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/1117.0001323

Просмотров: 184


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-9278 (Online)