Відносний рух космічного апарата з аеродинамічним компенсатором у перпендикулярному до площини орбіти напрямку при безконтактному видаленні космічного сміття
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2021.02.015Ключові слова:
аеродинамічний компенсатор, відведення космічного сміття; концепція «пастух з іонним променем», витрати робочого тіла, керування відносним рухом, напрямок, що перпендикулярний до площини орбітиАнотація
Досліджується доцільність використання аеродинамічного компенсатора при безконтактному відведенні об’єктів космічного сміття з низьких навколоземних орбіт з урахуванням аеродинамічного збурення в напрямку, перпендикулярному до площини орбіти. Об’єктом дослідження є модифікована схема концепції відведення «пастух з іонним променем». Модифікація полягає в заміні аеродинамічним компенсатором додаткового електрореактивного двигуна, що призначений для компенсації руху космічного апарата-пастуха, викликаного реактивною силою основного електрореактивного двигуна, іонний потік факела якого спричиняє «гальмівний» вплив на об’єкт космічного сміття. Порівняно велика площа міделя космічного апарата-пастуха при використанні аеродинамічного компенсатора обумовлює необхідність керування відносним рухом, що викликаний аеродинамічним збуренням в напрямку, перпендикулярному до площини орбіти. Це керування потребує додаткових витрат робочого тіла двигуна системи керування відносним рухом космічного апарата-пастуха. Наводяться розрахунки витрат робочого тіла при використанні ряду спрощувальних припущень. Допустимість цих припущень перевірено числовим інтегруванням рівнянь відносного руху. Показано доцільність використання аеродинамічного компенсатора при безконтактному відведенні об’єктів космічного сміття з урахуванням аеродинамічного збурення у напрямку, перпендикулярному до площини орбіти.
Посилання
Alpatov A. P., Svorobin D. S., Skoryk O. D. (2016). System for contactless removal of space debris from near-Earth orbits using an aerodynamic compensator. Techn. Mech., № 3, 51—56 [in Ukrainian].
Dron М. М., Golubek О. V., Dreus А. Yu., Dubovik L. G. (2019). Prospects for the use of the combined method for deorbiting of large-scale space debris from near-Earth space. Space Sci. and Technol., 25(6), 61—69 [in Russian].
https://doi.org/10.15407/knit2019.06.061
Svorobin D. S., Fokov A. A., Khoroshylov S. V. (2018). Analysis of the feasibility of using an aerodynamic compensator for contactless removal of space debris. Aerospace eng. and technol., № 6, 4—11 [in Russian].
Khoroshylov S. V. (2018). Relative motion control system of spacecraft for contactless space debris removal. Sci. innov., 14(4), 5—16.
https://doi.org/10.15407/scine14.04.005
Khoroshylov S. V. (2019). The low to control the in-plane relative motion of a spacecraft for contactless space debris removal. Space Sci. and Technol., 25(1), 14—26 [in Russian].
https://doi.org/10.15407/knit2019.01.014
Alpatov A., Khoroshylov S., Bombardelli C. (2018). Relative control of an ion beam shepherd satellite using the impulse compensation thruster. Acta Astronaut., 151, 543—554.
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.06.056
Alpatov A. P., Maslova A. I., Khoroshylov S. V. (2018). Contactless de-orbiting of space debris by the ion beam. Dynamics and Control. Beau Bassin: LAP Lambert Academic Publishing.
https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.383.170
Bombardelli C., Merino M., Ahedo E., Pelaez J., Urrutxua H., Iturri-Torreay A., Herrera-Montojoy J. (2011). Ariadna call for ideas: Active removal of space debris ion beam shepherd for contactless debris removal. ESA Techn. rept, 90.
Bombardelli C., Pelaez J. (2011). Ion beam shepherd for contactless space debris removal. J. Guidance, Control, and Dyn., 34(3), 916—920.
https://doi.org/10.2514/1.51832
Bombardelli C., Urrutxua H., Merino M., Ahedo E., Pelaez J. (2012). Relative dynamics and control of an ion beam shepherd satellite. Adv. Astronaut. Sci., 143 p.
Khoroshylov S. (2019). Out-of-plane relative control of an ion beam shepherd satellite using yaw attitude deviations. Acta Astronaut., 164, 254—261.
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.08.016
Kumara K. D., Bang H. C., Tahk M. J. (2007). Satellite formation flying using along-track thrust. Acta Astronaut. 61(7–8), 553—564.
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2007.01.069
Lawden D. F. (1963). Optimal trajectories for space navigation. London: Butterworths.
Leonard. C. L., Hollister W. M., Bergmann E. V. (1989). Orbital formation keeping with differential drag. J. Guidance, Control. and Dyn., 12(1), 108—113.
https://doi.org/10.2514/3.20374
Markley F. L., Crassidis J. L. (2014). Fundamentals of spacecraft attitude determination and control. New York: Springer Science + Business Media.
https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0802-8
Reid T, Misra A. (2011). Formation flight of satellites in the presence of atmospheric drag. J. Aerosp. Eng. Sci. Appl., 3(1), 64—91.
https://doi.org/10.7446/jaesa.0301.05
Starin R. S., Yedavalli R. K., Sparks A.G. (2001). Spacecraft formation flying maneuvers using linear-quadratic regulation with no radial axis inputs. AIAA Pap., 1—9.
https://doi.org/10.2514/6.2001-4029
Vallado D. A. (2007). Fundamentals of astrodynamics and applications. Hawthorne, CA: Microcosm Press.
