Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Рязанов В. В., Ледков А. С. Увод наноспутника с низкой орбиты с помощью ионного потока // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2019. Т. 19, вып. 1. С. 82-93. DOI: 10.18500/1816-9791-2019-19-1-82-93

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
28.02.2019
Полный текст:
(downloads: 112)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
531.13

Увод наноспутника с низкой орбиты с помощью ионного потока

Авторы: 
Рязанов Владимир Владимирович, Самарский государственный университет
Ледков Александр Сереевич, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева
Аннотация: 

Работа посвящена проблеме удаления наноспутников формата CubSat3U бесконтактным способом с помощью ионного потока, создаваемого двигателем активного космического аппарата с низкой околоземной орбиты. Преимуществом такого способа является отсутствие необходимости дополнительных средств стыковки и захвата. Разработана математическая модель, описывающая плоское движение наноспутника под действием ионного потока с учетом гравитационных сил. Для моделирования силового воздействия ионного потока на CubSat3U применены два подхода. Первый подразумевает использование известных безразмерных аэродинамических коэффициентов. Второй основан на разбиении тела на треугольники и вычислении воздействия на каждый из них, при этом применена гипотеза о полном диффузном отражении частиц от поверхности. Проведено моделирование спуска наноспутника с низкой орбиты до поверхности Земли и показано, что оба подхода дают близкие результаты, в частности разница во времени спуска с высоты 500 км не превышает 4%, и аэродинамические характеристики могут быть использованы на этапе предварительного проектирования программы увода нефункционирующего спутника. Полученные результаты можно использовать при управлении ионным потоком и при моделировании движения системы бесконтактного удаления космического мусора.

Список источников: 
  1. Kessler D. J., Cour-Palais B. G. Collision frequency of artificial satellites: the creation of a debris belt // Journal of Geophysical Research. 1978. Vol. 83, iss. A6. P. 2637–2646. DOI: https://doi.org/10.1029/JA083iA06p02637
  2. Вениаминов C. C., Червонов А. М. Космический мусор — угроза человечеству. М. : Ин-т космических исследований РАН, 2012. 192 с.
  3. Shan M., Guo J., Gill E. Review and comparison of active space debris capturing and removal methods // Progress in Aerospace Sciences. 2016. Vol. 80. P. 18–32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2015.11.001
  4. Dudziak R., Tuttle S., Barraclough, S. Harpoon technology development for the active removal of space debris // Advances in Space Research. 2015. Vol. 56, iss. 5. P. 509–527. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.04.012
  5. Benvenuto R., Salvi S., Lavagna M. Dynamics analysis and GNC design of flexible systems for space debris active removal // Acta Astronautica. 2015. Vol. 110. P. 247–265. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.01.014
  6. Larouche B. P., Zhu Z. H. Autonomous robotic capture of non-cooperative target using visual servoing and motion predictive control // Autonomous Robots. 2014. Vol. 37, iss. 2. P. 157–167. DOI: https://doi.org/10.1007/s10514-014-9383-2
  7. McMahan W., Chitrakaran V., Csencsits M., Dawson D., Walker I. D., Jones B. A., Pritts M., Dienno D., Grissom M., Rahn C. D. Field trials and testing of the octarm continuum manipulator // IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. Orlando, Florida, 2006. P. 2336–2341.
  8. Andrenucci M., Pergola P., Ruggiero A. Active removal of space debrisexpanding foam application for active debris removal : ESA Final Report. Pisa, 2011. 132 p. URL: https://www.esa.int/gsp/ACT/doc/ARI/ARI%20Study%20Report/ACTRPT-MAD-ARI-... (дата обращения: 21.05.2018).
  9. Phipps C. R. A laser-optical system to re-enter or lower low earth orbit space debris // Acta Astronautica. 2014. Vol. 93. P. 418–429. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.07.031
  10. Merino M., Ahedo E., Bombardelli C., Urrutxua H., Pelaez J. Ion Beam Shepherd Satellite for Space Debris Removal // Progress in Propulsion Physics. 2013. Vol. 4. P. 789–802. DOI: https://doi.org/10.1051/eucass/201304789
  11. Schaub H., Parker G. G., King L. B. Challenges and prospects of Coulomb spacecraft formation control // Journal of Astronautical Sciences. 2004. Vol. 52, iss 1. P. 169–193.
  12. Aslanov V. S. Exact solutions and adiabatic invariants for equations of satellite attitude motion under Coulomb torque // Nonlinear Dynamics. 2017. Vol. 90, iss. 4. P. 2545–2556. DOI: https://doi.org/10.1007/s11071-017-3822-5
  13. Cichocki F., Merino M., Ahedo E. Modeling and simulation of EP plasma plume expansion into vacuum // 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. Cleveland, OH, 2014. P. 5008–5024. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2014-3828
  14. Bombardelli C., Merino M., Ahedo E., Pelaez J., Urrutxua H., Iturri-Torreay A., Herrera-Montojoy J. Ariadna call for ideas: Active removal of space debris ion beam shepherd for contactless debris removal : ESA Final Report. Madrid, 2011. 90 p. URL: https://www.esa.int/gsp/ACT/doc/ARI/ARI%20Study%20Report/ACT-RPT-MADARI-... (дата обращения: 21.05.2018).
  15. Zuiani F., Vasile M. Preliminary design of debris removal missions by means of simplified models for low-thrust, many-revolution transfers // Journal of Aerospace Engineering. 2012. Vol. 2012. Article ID 836250. 22 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2012/836250
  16. Cichocki F., Merino M., Ahedo E., Smirnova M., Mingo A., Dobkevicius M. Electric Propulsion Subsystem Optimization for “Ion Beam Shepherd” missions // Journal of Propulsion and Power. 2016. Vol. 33, iss. 2. P. 370–379. DOI: https://doi.org/10.2514/1.B36105
  17. Alpatov A., Cichocki F., Fokov A., Khoroshylov S., Merino M., Zakrzhevskii A. Determination of the force transmitted by an ion thruster plasma plume to an orbital object // Acta Astronautica. 2016. Vol. 119. P. 241–251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.11.020
  18. Aslanov V. S., Ledkov A. S. Attitude motion of cylindrical space debris during its removal by ion beam // Mathematical Problems in Engineering. 2017. Vol. 2017. Article ID 1986374.7 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/1986374
  19. Aslanov V. S., Ledkov A. S. Tether-assisted re-entry capsule deorbiting from an elliptical orbit // Acta Astronautica. 2017. Vol. 130. P. 180–186. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.10.028
  20. Липницкий Ю. М., Красильников А. В., Покровский А. Н., Шманенков В. Н. Нестационарная аэродинамика баллистического полета. М. : Физматлит, 2003. 176 с.
  21. Андреевский В. В. Динамика спуска космических аппаратов на Землю. М. : Машиностроение, 1970. 235 с.
Поступила в редакцию: 
28.05.2018
Принята к публикации: 
15.09.2018
Опубликована: 
28.02.2019
Краткое содержание:
(downloads: 70)