Увод малых космических аппаратов с низких околоземных орбит

• Автор: Трофимов, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПТИМАЛЬНЫЙ УВОД ПАССИВНО СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ МАЛЫХ СПУТНИКОВ С ПОМОЩЬЮ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ
1.1 Двигатели малой тяги
1.2 Пассивные системы стабилизации нано- и пикоспутников
ЕЗ Постановка задачи оптимального одноосного увода с орбиты
1.4 Двухмасштабная оптимизация одноосного управления
Е4.1 Уравнения движения КА в вариациях элементов орбиты
Е4.2 Оптимизация в быстром масштабе времени
1.4.3 Оптимизация в медленном масштабе времени
1.5 Численные результаты
1.6 Об эллиптическом режиме деорбитинга
1.7 Выводы и комментарии к главе
ГЛАВА 2. УВОД МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ВЕРХНЕГО СЕГМЕНТА НИЗКИХ ОРБИТ С ПОМОЩЬЮ СОЛНЕЧНОГО ПАРУСА
2.1 Плоский солнечный парус
2.2 Динамика орбитального и углового движения КА с парусом
2.3 Постановка задачи увода низкоорбитального КА с помощью паруса
2.4 Уравнения орбитального и углового движения КА с парусом
2.5 Обеспечение квазигиперболоидальной прецессии КА с парусом
2.6 Численные результаты
2.7 Выводы и комментарии к главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ МАССОГАБАРИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ ПАРУСОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕОРБИТИНГА
3.1 Массогабаритные и динамические характеристики солнечного паруса
3.2 Динамически инвариантное масштабирование параметров парусов
3.3 Эффективность парусных и топливных систем деорбитинга
3.4 Выводы и комментарии к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

ВВЕДЕНИЕ
Всему свое время, и время всякой вещи под небом: время рождаться, и время умирать
Экклезиаст, глава
Проблема образования космического мусора - засорения околоземного космического пространства отработавшими свой срок и/или вышедшими из строя космическими аппаратами (КА), верхними ступенями ракет и другими объектами антропогенной природы - возникла с момента запуска первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) в 1957 году, однако получила официальный статус па международном уровне лишь в конце 80-х годов прошлого века. Генеральный секретарь Организации Объединенных Наций (ООН) Бутрос Бутрос-Гали в сделанном 10 декабря 1993 года докладе под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» особо отметил, что проблема космического мусора носит международный, глобальный характер. В 2003 году, по поручению Комитета ООН по мирному использованию космического пространства (СОРГЮБ), Межагсптский координационный комитет по космическому мусору (1АОС) подготовил список мер, направленных па ограничение техногенного засорения космоса. Предложения были основаны на национальных стандартах ведущих государств-членов 1АОС и включали в себя, например, 25-летнее ограничение на максимальное время жизни исчерпавших свой ресурс низкоорбитальных космических аппаратов и перевод геостационарных спутников на особые орбиты — орбиты захоронения. Спустя четыре года Генеральная ассамблея ООН одобрила выработанные СОРГЮБ руководящие принципы предупреждения образования космического мусора: увод с орбиты отработавших свой срок КА, использование «чистых» (т.е. безотходных) технологических процессов в космосе, а также отказ от испытаний противоспутниковых средств обороны. Необходимость подобных мер, ставшая очевидной после проведения Китаем в 2007 году теста с уничтожением спутника Фэнъюнь-1С, продиктована стремлением избежать синдрома Кесслера- достижения критической плотности космического мусора, когда начинается цепная реакция фрагментации, разрушающая в течение нескольких лет (или даже месяцев) все объекты на орбите. Такой оборот событий остановит на

с оптимальным управлением (1.22):
(1.38)
Для массы КА по-прежнему справедливы соотношения (1.32)-(1.33).
Последнее, что осталось выяснить, перед тем как перейти к численному решению задачи нелинейного программирования, - условия существования этого решения. Нетрудно заметить, что поверхности уровня целевой функции (1.26) в пересечении с одной из двумерных граней А-мерного куба допустимых решений
являются почти прямыми линиями. Движение вдоль них к границе куба уменьшает эффективность управления. Следовательно, поверхность терминального ограничения (1.29) выпукла к началу координат (рисунок 1.4) и удаляется от него при уменьшении требуемого значения а/. В некоторый момент она перестанет пересекаться с кубом допустимых решений. Таким образом, для заданного числа витков А существует минимально достижимая величина ау.
Синим цветом схематично показаны кривые пересечения некоторой двумерной грани Л'-мсриого куба допустимых решений с поверхностями уровня целевой функции, а красным - кривая пересечения этой грани с поверхностью терминального ограничения в виде равенства.
[О, тг/2]х = [0, гг/2] X... X [0,я/2]
(1.39)

я/2 Аик
Рисунок 1.4 — Качественное представление геометрии ІТЬР-задачи