Анализ аэродинамических характеристик и динамики движения спутника с надувным тормозным устройством при спуске с низкой околоземной орбиты
Авторы: Халявка Н.С., Просунцов П.В.
Опубликовано в выпуске: #6(162)/2025
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Исследована динамика движения наноспутника формата CubeSat с надувным тормозным устройством (НТУ) при спуске с орбиты. На основе моделирования свободномолекулярного обтекания «спутник—НТУ» определены аэродинамические характеристики космического аппарата в пакете программ OpenFOAM и рассчитаны коэффициенты аэродинамических сил и моментов в зависимости от скорости, угла атаки и высоты полета. Для определения траектории и скорости спуска спутника с НТУ с орбиты под действием внешних аэродинамических и гравитационных сил была разработана математическая модель динамики движения спутника, которая включает в себя уравнения пространственного движения спутника в сферически-скоростной системе координат, а также уравнения движения связки «спутник—НТУ» вокруг центра масс. Построена блочная модель динамики спутника с учетом начальных условий и воздействия внешней среды. Исследована зависимость высоты, скорости полета, угла атаки спутника в течение спуска в зависимости от времени. В результате проведенного моделирования дана оценка эффективности применяемой схемы НТУ и получены данные по ожидаемому времени спуска спутника с орбиты.
EDN HTKFHZ
Литература
[1] Nanosats Database | Constellations, companies, technologies and more. URL: https://www.nanosats.eu (дата обращения: 25.02.2025).
[2] Kulu E. CubeSats & Nanosatellites — 2024 Statistics. Forecast and Reliability. 75th International Astronautical Congress (IAC 2024). Milan, Italy, 14–18 October 2024.
[3] Priyant C.M., Surekha Kamath. Review of active space debris removal methods. Space Policy, 2019, vol. 47, pp. 194–206. DOI: 10.1016/j.spacepol.2018.12.005
[4] Hirayama H., Kashima S., Hanada T., Kitazawa Y., Kawabe A. Efficient shape for passive orbital debris removal satellite. ISTS 2011-r-39 (2011).
[5] Резник С.В., Абрамова Е.Н. Ключевые вопросы создания надувных тормозных устройств для увода вышедших из строя спутников в плотные слои атмосферы. Часть 1. Проектный облик. Движение в разреженной атмосфере. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 5 (758), с. 101–111.
[6] Шкадов Л.М. [и др.]. Механика оптимального пространственного движения летательных аппаратов в атмосфере. Москва, Машиностроение, 1972, 244 с.
[7] Колесников К.С. Динамика ракет. Москва, Машиностроение, 1980, 376 с.
[8] Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. New York, Oxford University Press Inc., 1994.
[9] White C., et al. dsmcFoam+: An OpenFOAM based direct simulation Monte Carlo solver. Computer Physics Communications, 2017, https://doi.org/10.1016/j.cpc.2017.09.030.
[10] Allen C.W., Cox A.N. Allen’s Astrophysical Quantities. Springer Science & Business Media, 2000.
[11] CIRA 1965: COSPAR International Reference Atmosphere. 1965.
[12] Калугин В.Т., ред. Аэродинамика. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010, 688 с.
[13] Финченко В.С., Пичхадзе К.М., Ефанов В.В. Надувные элементы в конструкциях космических аппаратов — прорывная технология в ракетно-космической технике. В.А. Колмыков, Х.Ж. Карчаев, ред. Химки, АО «НПО Лавочкина», 2019, 488 с.