Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Анализ возможности реализации орбитальной тросовой системой функции атмосферного тормозного устройства

Опубликовано: 21.05.2018

Авторы: Иванов В.А., Купреев С.А., Ручинский В.С.

Опубликовано в выпуске: #5(77)/2018

DOI: 10.18698/2308-6033-2018-5-1764

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Проведен анализ возможности реализации тросовой системой функции атмосферного тормозного устройства на околокруговых орбитах. Концевыми элементами тросовой системы являются две части космического аппарата, которые усиливают эффект гравитационной стабилизации тросовой системы, а соединительный трос значительно увеличивает общее аэродинамическое сопротивление и играет роль аэродинамического тормоза. Разработана математическая модель движения связанных объектов в центральном ньютоновском поле силы тяготения Земли с учетом аэродинамической силы сопротивления верхних слоев атмосферы и массы троса. Эта модель представлена в виде автономной динамической системы второго порядка и для ее анализа применяется математический аппарат качественной теории динамических систем и теории бифуркаций. Построены возможные типы качественных структур, что позволило составить полное представление об относительном движении связанных объектов на разных высотах движения. В результате анализа качественных структур фазовых траекторий определена совокупность реализуемых режимов движения тросовой системы, на круговых орбитах это равновесный стационарный режим, режим колебаний тросовой системы относительно вертикального положения равновесия, режим вращения тросовой системы вокруг центра масс. Эти режимы соответствуют устойчивым особым фазовым траекториям системы и совокупности орбитно-устойчивых неособых фазовых траекторий, заполняющих фиксированные области фазовой поверхности с учетом полученных условий нахождения динамической системы на связи (при натянутом тросе). Результаты исследования динамики тросовой системы в верхних слоях атмосферы Земли подтверждают возможность ее применения в качестве атмосферного тормозного устройства


Литература
[1] Beletsky V.V., Levin E.M. Dynamics of Space Tether Systems. In: Advances in the Astronautical Sciences. San Diego, CA, USA, Univelt Inc. Publ., 1993.
[2] Cosmo M.L., Lorenzini E.C. Tethers in space handbook. Cambridge, MA, USA, Smithsonian Astrophysical Observatory Publ., 1997, 274 p.
[3] Levin E.M. Dynamic Analysis of Space Tether Missions. In: Advances in the Astronautical Sciences, vol. 126. Washington, DC, USA, American Astronautical Society Publ., 2007.
[4] Chen Y., Huang R., Ren X., He L., He Y. History of the Tether Concept and Tether Missions: A Review. In: ISRN Astronomy and Astrophysics, vol. 2013, pp. 1–7.
[5] Misra A. Dynamics and Control of Tethered Satellite Systems. Acta Astronautica, 2008, vol. 63, iss. 11–12, pp. 1169–1177. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2008.06.020
[6] Aslanov V.S., Ledkov A.S. Dynamics of Tethered Satellite Systems. Cambridge, Woodhead Publ. Ltd, 2012, 331 p.
[7] Kumar K.D. Journal of Spacecraft and Rockets, 2006, vol. 43, no. 4, pp. 705–720. URL: http://dx.doi.org/10.2514/1.5479
[8] Zimmermann F., Schttle U.M., Messerschmid E. Optimization of the Tetherassisted Return Mission of a Guided Re-entry Capsule. Aerospol Science and Technology, 2005, vol. 9, no. 8, pp. 713–721. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ast.2005.09.002
[9] Williams P. Optimal Deployment/retrieval of Tethered Satellites. Journal of Spacecraft and Rockets, 2008, vol. 45, no. 2, pp. 324–348.
[10] 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, pp. 882–905. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2008.10.014
[11] Иванов В.А., Kупреев С.А., Ручинский В.С. Орбитальное функционирование связанных космических объектов. Москва, ИНФРА-М, 2014, 320 с.
[12] Иванов В.А., Kупреев С.А., Ручинский В.С. Космические тросовые системы. Москва, Альфа-М, 2014, 208 с.
[13] Pearson J., Carroll J., Levin E., Oldson J. EDDE: Electrodynamic Debris Eliminator for Active Debris Removal. Acta Astronautica, 2012, vol. 73, pp. 100–108.
[14] Андронов А.А., Леонтович Е.А. Качественная теория динамических систем второго порядка. Москва, Наука, 1960, 568 с.
[15] Андронов А.А., Леонтович Е.А., Гордон И.М., Майер А.Г. Теория бифуркаций динамических систем на плоскости. Москва, Наука, 1967, 488 с.