ENG

Attitude Motion of Cylindrical Space Debris during Its Removal by Ion Beam


Aslanov V.S., Ledkov A.S. "Attitude Motion of Cylindrical Space Debris during Its Removal by Ion Beam," Mathematical Problems in Engineering, 2017, Volume 2017, Article ID 1986374, pp. 7, Doi: 10.1155/2017/1986374

Скачать PDF Скачать PDF на русском Link to external file


Пространственное движение цилиндрического космического мусора при его уборке ионным потоком

В pdf ссылке лежит русскоязычная версия этой статьи

Статья посвящена проблеме уборки космического мусора. Рассматривается бесконтактный метод воздействия. Предполагается, что оснащенный ионными двигателями активный космический аппарат-уборщик создает поток ионов, который обдувает мусор и таким образом замедляет его движение. Целью работы является разработка математической модели и исследование с ее помощью движения космического мусора под действием ионного потока. Предполагается, что космический мусор имеет цилиндрическую форму. Для вычисления создаваемых ионным потоком силы и момента, была использована автоподобная модель (self-similar model) распространения плазмы и гипотеза о полном диффузионном отражении частиц от поверхности. Была разработана математическая модель, описывающая плоское движение цилиндрического космического мусора под действием гравитационных и ионных сил и моментов. Было показано, что движение космического мусора относительно его центра масс оказывает значительное влияние на время увода с орбиты. Были построены фазовые портреты, описывающие движение космического мусора вокруг его центра масс. Было проведено сравнение времени спуска в различных режимах движения. Результаты могут быть использованы для создания новых эффективных систем уборки космического мусора.

Введение

В последние годы в научной литературе большое внимание уделяется проблеме транспортировки нефункционирующих спутников и космического мусора. Большинство работ в этой области посвящены системам уборки, предполагающим стыковку или захват транспортируемого объекта гарпуном [1], сетью[2], тросом [3] или роботизированным манипулятором [4]. Детальный обзор механизмов и методов захвата приведен в работе [5]. Стыковка с неуправляемым объектом является сложной технической задачей. Авария на этом этапе весьма вероятна, и может привести к образованию большого количества мелкого космического мусора. Альтернативный подход предполагает использование методов бесконтактного воздействия на космический мусор: на основе кулоновского взаимодействия [6] и воздействия ионным потоком [7].

Использование ионного потока подразумевает размещение на борту активного космического аппарата электрического ракетного двигателя. Подобные двигатели широко используются в современной космонавтике [8]. Двигатели «обдувают» транспортируемый объект и таким образом изменяют параметры его движения. На сегодняшний день наиболее подробно разработанным проектом в этой области является проект “Ion Beam Shepherd”.Существующие исследования показывают, что рассматриваемый метод позволяет уводить с орбиты высотой 1000 км объект массой в пару тонн за несколько месяцев [7]. Работы [9, 10] посвящены оценке воздействия ионного потока на объекты различных форм. Существуют исследования, в которых разработаны оптимальные законы управления активным космическим аппаратом для увода космического мусора [11, 12]. Интересная концепция торможения вращения мусора за счет взаимодействия с реактивной струей, создаваемой космическим аппаратом-уборщиком, была рассмотрена в работе [13]. Авторы разработали управление с обратной связью, которое позволяет остановить вращение спутника Envisat. Анализ литературы показал, что в существующих исследованиях не уделяется должного внимания анализу движения транспортируемого объекта вокруг его центра масс.

Целью данной работы является разработка математической модели и исследование особенностей движения космического мусора при воздействии на него ионным потоком. Предполагается, что космический мусор является твердым телом цилиндрической формы. Геометрические параметры рассматриваемого ниже цилиндра соответствуют ступени ракеты Космос 3М. В настоящее время на орбите находится около 300 таких ступеней [14]. В связи с этим, уборка таких ступеней с орбиты имеет большое практическое значение в рамках решения проблемы очистки околоземного пространства от космического мусора.



Яндекс.Метрика

© 2016 - Alexander Ledkov. All rights reserved.