О движении космического аппарата с постоянно ориентированным солнечным парусом
Авторы: Васькова В.С., Родников А.В.
Опубликовано в выпуске: #9(165)/2025
DOI: 10.18698/2308-6033-2025-9-2471
Раздел: Механика | Рубрика: Теоретическая механика, динамика машин
Рассмотрен энергонезависимый способ перемещения легкого космического аппарата (КА) вдоль троса, соединяющего тяжелые космические станции, которые описывают одну гелиоцентрическую орбиту. Относительное движение при этом возникает благодаря использованию установленного на КА солнечного паруса, частично отражающего солнечную радиацию. Трос предполагается абсолютно гибким, невесомым, нерастяжимым и реализующим геометрическую одностороннюю связь, ограничивающую движение КА в плоскости орбиты некоторым эллипсом с фокусами на станциях. Осуществляется перелет между двумя произвольными точками этого эллипса с нулевыми начальной и конечной относительными скоростями при парусе, постоянно ориентированном так, что вектор силы солнечной радиации перпендикулярен прямой, проходящей через заданные точки. Установлено, что при условии натянутости троса такой перелет является элементом маятникового колебания. С помощью теоремы об изменении кинетической энергии аналитически определены относительная скорость КА и сила натяжения троса в каждой точке траектории, а также численно найдена продолжительность перемещения. Приведено описание программного обеспечения, реализующего поиск соответст-вующих величин. Показано, что перелет на расстояние 2 км происходит за несколько часов, а натяжение троса оказывается меньше 2 гс.
EDN QBGSDM
Литература
[1] Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. В.Е. Алемасов, ред. Москва, Машиностроение, 1989, 464 с.
[2] Поляхова Е.Н. Космический полет с солнечным парусом. Москва, URSS, 2010, 302 с.
[3] Бурцева Н.Л. ICARUS — новый научный эксперимент на МКС. Воздушно-космическая сфера, 2018, № 3 (96), с. 94–99.
[4] Mansell J.R., Bellardo J.M., Betts B., Plante B., Spencer D.A. LightSail-2 Solar sail control and orbit evolution. Aerospace, 2023, no. 10 (7), pр. 579–600.
[5] Белецкий В.В. Очерки о движении космических тел. Москва, URSS, 2017, 432 с.
[6] Rozhkov M.A., Starinova O.L. Optimization of Solar-sail control when a vehicle moves along cyclic heliocentric trajectories. Cosmic Research, 2023, no. 61 (6), рp. 510–519.
[7] Зараменских И.Е., Овчинников М.Ю. Использование давления солнечной радиации для компенсации влияния полярного сжатия Земли на относительное движение формации спутников. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2009, № 32, с. 1–32.
[8] Шмыров В.А. Стабилизация управляемого орбитального движения космического аппарата в окрестностях коллинеарной точки либрации L1. Вестник СПбГУ, 2005, № 10 (2), с. 192–198.
[9] Шиманчук Д.В., Шмыров А.С., Шмыров В.А. Управляемое движение солнечного паруса в окрестности коллинеарной точки либрации. Астрономический журнал, 2020, № 4 (3), с. 193–200.
[10] Farres A., Heiligers J., Miguel N. Road Map to L4/l5 with a Solar Sail. Aerospace Science and Technology, 2019, no. 95, pp. 1–24.
[11] Васькова В.С., Родников А.В. О наискорейшем перемещении космического аппарата с солнечным парусом между произвольными точками леерной связи. Авиация и космонавтика: Тезисы 23-й Международной конференции (18–22 ноября 2024 года. Москва). Москва, Изд-во «Перо», 2024. 3,3 Мбайт [Электронное издание], с. 234.
[12] Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. Москва, Наука, 1990, 336 с.
[13] Родников А.В., Красильников П. С. О пространственных движениях орбитальной леерной связки. Нелинейная динамика, 2017, № 13 (4), с. 505–518. DOI: 10.20537/nd1704004
[14] Vaskova V.S., Rodnikov A.V. On a sailed spacecraft motion along a handrail fixed to two heliocentric space stations. Russian Journal of Nonlinear Dynamics, 2023, no. 19 (3), pp. 359–370. https://doi.org/10.20537/nd230802
[15] Родников А. В. О существовании безударных движений по леерной связи, закрепленной на протяженном космическом аппарате. Космические исследования, 2006, № 44 (6), с. 553–560.
[16] Васькова В.С. О перемещении вдоль троса космического аппарата с неидеальным солнечным парусом. Труды МАИ, 2024, № 139. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=183449
[17] Бахвалов Н.С., Жуков Н.П., Кобельков Г.П. Численные методы. Москва, Наука, 1987, 599 с.