Разработка алгоритмов моделирования нештатных режимов движения космической тросовой системы для спуска грузов с орбиты

• Автор: Дюков, Дмитрий Игоревич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Космические тросовые системы
1.1 Обзор проблемы
1.2 История развития КТС
1.3 КТС, предназначенные для доставки груза на Землю
1.3.1 Доставка груза на Землю
1.3.2 Способы развертывания КТС
1.3.3 Эксперимент УЕ
1.4 Нештатные режимы работ транспортных КТС. Постановка задачи
1.5 Методы решения. Сечения Пуанкаре для исследования хаотических режимов движения КТС. Устойчивое и неустойчивое многообразия неподвижной точки и их пересечение
2. Математические модели КТС
2.1 Модель КТС с невесомым упругим тросом
2.2 Модель КТС, состоящая из КА, как твердого тела, упругого невесомого троса и материальной точки
2.3 Многоточечная модель КТС
3. Моделирование и анализ нештатных ситуаций
3.1 Анализ движения груза при заклинивании троса на начальном этапе развертывания
3.2 Исследование влияния параметров КТС на последствия заклинивания трса
3.3 Исследование влияния заклинивания троса на движении системы при динамическом развертывании КТС
4. Хаотические режимы движения КТС
4.1 Случай малых колебаний в окрестности устойчивого вертикального положения
4.2 Анализ хаотического движения КТС
4.3 Движение КА в случае ненатянутого троса

Заключение
Список литературы

Введение
Космическая тросовая система (КТС) [1,2] — это комплекс искусственных космических объектов, соединённых длинными тонкими гибкими элементами, совершающий орбитальный полет. В наиболее простом виде КТС представляет собой связку двух космических аппаратов (КА), соединенных тросом длиной в десятки или даже сотни километров.
Впервые такие системы и способы их применения в космосе были описаны в 1895 г. К.Э. Циолковским в «Грезах о Земле и небе» [3]. Для создания искусственной тяжести К.Э. Циолковский предложил использовать вращающуюся связку обитаемой станции и балластной массы, соединенных цепью длиной 500 м, а для перемещения грузов в космосе - цепочку, выпускаемую и втягиваемую лебедкой. В 1910 г. Ф.А. Цандер выдвинул проект «космического лифта» с 60 000-км тросом, протянутым с поверхности Луны к Земле. Под действием гравитационных и центробежных сил такой трос будет постоянно натянут, и по нему, как по канатной дороге, можно транспортировать грузы. Идеи Ф.А. Цандера о космическом лифте были развиты в 60-70-е гг. в работах Ю.Н. Арцутанова [4], предложившего проект троса, протянутого с поверхности Земли на геостационарную орбиту и в проекте тросового «космического ожерелья Земли» Г.Г. Полякова [5]. В 1965 г. в РКК «Энергия» (бывшая ЦКБМ) под руководством С.П. Королева началась подготовка к первому в мире космическому эксперименту с тросовой системой. Разработанный проект «Союз-ИТ» предусматривал создание искусственной тяжести на космическом корабле «Союз», соединенном километровым стальным тросом с последней ступенью ракеты-носителя, путем приведения этой связки во вращение. Но после кончины С.П. Королева проект был закрыт и работы по тросовым системам в РКК «Энергия» возобновились только через 20 лет [6]. На западе проблемой космического лифта активно занимался Jerome Pearson.
Использование КТС дает широкий спектр возможностей для реализации задач, связанных с исследованием космического пространства. Исследования, проводимые в данной области, являются актуальными для современной

(рисунок 1,9в). В случае, если ни один из перечисленных сценариев не реализуется, будет наблюдаться серия отскоков груза, когда фазы связанного и свободного движения будут сменять друг друга.
Несмотря на слабую изученность нештатных ситуаций КТС, этой проблеме посвящен ряд работ. Исследовано влияние неправильной ориентации КА на процесс развёртывания [9], проведена оценка возможности доставки груза на Землю при преждевременном разрыве троса [65], исследован вопрос выживаемости КТС при столкновении троса с микрометеоритом [35], исследована возможность столкновения груза и несущего КА в результате заклинивания [66], исследованы последствия заклинивания троса в задаче доставке груза с орбиты [67], исследовано влияние заклинивания троса на движение космической тросовой системы при динамическом развертывании [68], исследованы хаотические режимы движения КА с тросом, совершающим малые колебания около местной вертикали [69].
В работе требуется провести исследование нештатных ситуаций, возникающих при заклинивании троса и хаотическом движении КА.