Зближення ракети-носія зі спостережуваними об’єктами космічного сміття в процесі виведення на орбіти з високим нахиленням
DOI:
https://doi.org/10.15407/scin16.06.046Ключові слова:
модель, ракета-носій, спостережуване космічне сміття, сумісний рухАнотація
Вступ. Постійне збільшення кількості космічного сміття становить суттєву загрозу польотам супутників на навколоземних орбітах, починаючи з дільниці їхнього виведення ракетою-носієм.
Проблематика. Проєктування та створення сучасних методів захисту від впливу космічного сміття потребує знання статистичних характеристик розподілу кінематичних параметрів сумісного руху ракети-носія, яка виводить супутник, і сукупності об’єктів космічного сміття в межах її траєкторії.
Мета. Розробка математичної моделі зближення ракети-носія з сукупністю спостережуваних об’єктів космічного сміття в процесі виведення супутника на навколоземні орбіти висотою до 2100 км та нахиленням від 45 до 90°.
Матеріали і методи. Використано методи аналізу, синтезу, порівняння, імітаційного моделювання, а також статистичну обробку результатів, апроксимацію, кореляційний аналіз, метод найменших квадратів.
Результати. Досліджено сумісний рух ракети-носія і сукупності об’єктів космічного сміття. Отримано розподіли відносної відстані, відносної швидкості, кута зустрічі та моментів часу зближення ракети-носія з сукупністю спостережуваних об’єктів космічного сміття на відносну відстань менше 5 км. Визначено залежність середньої концентрації зближень від нахилення цільової орбіти та розподілу космічного сміття по середній висоті орбіти. Встановлено залежність середньої ймовірності зближень в запуску від нахилення цільової орбіти, кількості об’єктів космічного сміття і відносної відстані зближення.
Висновки. Отриману математичну модель зближення ракети-носія з сукупністю спостережуваного космічного сміття може бути використано в задачі проєктування засобів очищення навколоземного космічного простору, а також в процесі проєктування систем захисту сучасних ракет-носіїв, що виводять супутники, від впливу космічного сміття. Крім того, результати дослідження можна застосовувати й для оцінки впливу неспостережуваних об’єктів космічного сміття на політ ракети-носія.
Посилання
Veniaminov, S. S. (2013). Space debris is a threat to humanity. Moscow [in Russian].
Dron', M., Golubek, A., Dubovik, L., Dreus, A., Heti, K. (2019). Analysis of ballistic aspects in the combined method for removing space objects from the near-earth orbits. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/5(98), 49-54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161778
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. Sci. innov., 13(4), 33-45. https://doi.org/10.15407/scine13.04.029
Dron', N. М., Dubovik, L. G., Golubek, A. V., Dreus, A. Yu., Yemets, V. V., Pashkov, A. V. (2019). Systems for the removal of space objects from low earth orbits. Monograph. Dnipro [in Ukrainian].
Dron', N. M., Horolsky, P. G., Dubovik, L. G. (2014). Ways of reduction of technogenic pollution of the near-earth space. Scientific Bulletin of National Mining University, 3(141), 125-130 [in Russian].
Yemets, V., Harkness, P., Dron, M., Pashkov, A., Worrall, K., Middleton, M. (2018). Autophage engines: toward a throttleable solid motor. Journal of Spacecraft and Rockets, 55(4), 984-992. https://doi.org/10.2514/1.A34153
Golubek, A. V. (2018). Launch vehicle rendezvous with cataloged space objects during insertion into orbits with low inclination. Proceedings of Higher Educational Institutions. Маchine Building, 2(695), 86-98 [in Russian]. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-2-86-98
Golubek, A. V. (2014). Investigation of mutual approaches of the launch vehicle in the active section of the trajectory with space objects. Journal of rocket-space technology, 4(22), 26-35 [in Russian].
Golubek, A. V. (2015). The characteristics of the rendezvous of the launch vehicle with space objects in injection into equatorial orbits analysis. Journal of rocket-space technology, 4(23), 32-41 [in Russian].
Golubek, A. V. (2016). The characteristics of the rendezvous of the launch vehicle with space objects in injection into orbits with inclination 45 deg analysis. Journal of rocket-space technology, 4(24), 20-28 [in Russian].
GOST R 25645.167-2005. Space environment (natural and artificial). Model of spatial and time distribution for space debris flux density in LEO. Moscow, 2005. [in Russian].
Nazarenko, A. I. (2013). Modeling of space debris. Moscow [in Russian].
Klinkrad, H. (2006). Space Debris - Models and Risk Analysis. Springer-Verlag.
Steel, D. Assessment of the Orbital Debris Collision Hazard for Low-Earth Orbit Satellites. URL: http://www.duncansteel.com/archives/1425 (Last accessed: 22.04.19).
Anz-Meador, P. (2000). GEO Evolve 1.0: A Long-Term Debris Evolution Model for the Geosynchronous Belt. Orbital Debris. Quarterly News, 5-7. URL: http://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/newsletter/pdfs/ODQNv5i4.pdf (Last accessed: 22.04.2019).
Patera, R. P. Patent of USA N 2004/0024527 A1. Vehicular trajectory collision conflict prediction method.
Firooz, A. A., Rongier, I., Wilde, P. D., Sgobba, T. (2013). Safety design for space operations. Elsevier Ltd.
Vittaldev, V. (2013). Collision probability for space objects using gaussian mixture models. Spaceflight mechanics, 148(13-351), 1-20.
Serra, R., Arzelier, D., Joldes, M., Lasserre, J.-B., Rondepierre, A., Salvy, B. (2016). Fast and Accurate Computation of Orbital Collision Probability for Short-Term Encounters. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 39(5), 1009 1021. https://doi.org/10.2514/1.G001353
Shelton, C. T., Junkins, J. L. (2019). Probability of collision between space objects including model uncertainty. Acta Astronautica, 155, 462-471. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.11.051
Alfano, S. (2006). Satellite Collision Probability Enhancements. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 29(3), 588- 592. https://doi.org/10.2514/1.15523
Labutkina, Т. V., Petrenko, A. N. (2013). A new aspect of modeling a multi-element system of orbital objects. Bulletin of the National Technical University "KhPI". A series of "Information and Modeling", 19, 60-74 [in Russian].
Igdalov, I. M., Kuchma, L. D., Poliakov, N. V., Sheptun, Yu. D. (2013). Dynamic designing of rockets. Dynamic problems of rockets and their space stages. Monograph. (Ed. S. N. Konyukhov). Dnipropetrovsk.
Adzhian, A. P., Akim, E. L., Alifanov, O. M., Andreev, A. N. (2012). Mechanical engineering encyclopedia. Т. IV-22: Aerospace technology. Book 1. Moscow [in Russian].
Sikharulidze, Yu. G. (2011). Ballistics and homing of flying vehicles. Moscow. [in Russian].
Alekseev, Yu. S., Balabey, Yu. E., Baryshnikova, Т. А. et. al. (2012). Design of control systems for objects of rocket and space technology. Vol. 1. Design of control systems for launch vehicles: Textbook. (Eds. Yu. S. Alekseev, Yu. M. Zlatkin, V. S. Krivtsov, A. S. Kulik, V. I. Chumachenko). Kharkov [in Russian].
