Визначення областей ефективного застосування електрореактивних двигунів малої тяги

Автор(и)

  • Aleksey Sidorov Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010, Україна https://orcid.org/0000-0003-2400-0841
  • Viktor Pererva Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010, Україна https://orcid.org/0000-0001-8803-5360

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.168446

Ключові слова:

динаміка польоту, низькі орбіти, електрореактивний двигун, монокомпонентний двигун, підтримання орбіти

Анотація

Робота присвячена питанням визначення оптимальних областей використання двигунної установки для космічних апаратів на низьких навколоземних орбітах. Проведено аналіз запусків космічних апаратів за останні 5 років. В результаті аналізу запусків був обраний тип космічних апаратів, для якого будуть проводитися розрахунки – супутник дистанційного зондування землі на низькій навколоземній орбіті. Була вирішена задача визначення параметрів траєкторії руху космічного апарату, на який впливають зовнішні непостійні сили. За результатами аналізу зовнішнього впливу визначено можливі перспективні області застосування рухових установок космічних апаратів. Виконано порівняльний аналіз з масового критерієм ефективності застосування рухових установок на основі хімічних монокомполентних і електрореактивних двигунів для вирішення завдань підтримки параметрів кругової орбіти протягом тривалого часу.

Для висот орбіт нижче 300 км застосування рухової установки за результатами розрахунків виявилося неефективним через необхідність наявності великого запасу палива на борту і великої необхідної тяги двигуна. Для супутників на кругових орбітах з висотами від 350 до 450 км двигунна установка, яка використовує двигун на ефекті Холла ST-25 SETS, виявилася ефективнішою, ніж хімічна двигунна установка. Застосування хімічних двигунів для підтримки параметрів орбіти висотою вище 500 км буде краще електрореактивних через відносно невелику масу хімічної двигунної установки і достатнього ресурсу роботи двигунів для підтримки параметрів орбіти протягом значного часу.

Були отримані параметри рухової установки, що використовує двигун на ефекті Холла ST-25, для підтримки параметрів орбіт в різних діапазонах висот, сонячної активності і геометричних параметрів супутника. В результаті розрахунків було визначено необхідний ресурс роботи і запас палива для підтримки параметрів орбіти.

Отримані результати розрахунків можуть бути використані при розробці нових супутників і модифікації супутникових платформ

 

Біографії авторів

Aleksey Sidorov, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010

Старший викладач

Кафедра проектування та конструкцій

Viktor Pererva, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010

Старший викладач

Кафедра технології виробництва

Посилання

  1. UCS Satellite Database. Available at: https://www.ucsusa.org/nuclear-weapons/space-weapons/satellite-database
  2. NASA Space Science Data Coordinated Archive, NASA's archive for space science mission data. Available at: https://nssdc.gsfc.nasa.gov
  3. Salmin, V. V., Volotsuev, V. V., Shikhanov, S. V. (2013). Spacecraft preset orbital parameters control by means of thrusters. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta, 4 (42), 248–254. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/podderzhanie-zadannyh-orbitalnyh-parametrov-kosmicheskogo-apparata-s-pomoschyu-dvigateley-maloy-tyagi
  4. BGT-X5 Green Monopropellant Thruster. Busek. Available at: http://www.busek.com/index_htm_files/70008517E.pdf
  5. Krejci, D., Lozano, P. (2018). Space Propulsion Technology for Small Spacecraft. Proceedings of the IEEE, 106 (3), 362–378. doi: https://doi.org/10.1109/jproc.2017.2778747
  6. SPS25 propulsion system. Available at: https://sets.space/sps25/
  7. Mammarella, M., Fusaro, R., Andreussi, T., Paissoni, C. A., Viola, N. et. al. (2018). Mission Scenarios for High-Power Electric Propulsion Space Propulsion 2018. Conference: Space Propulsion 2018. Available at: https://www.researchgate.net/publication/325119863_MISSION_SCENARIOS_FOR_HIGH-POWER_ELECTRIC_PROPULSION_SPACE_PROPULSION_2018
  8. Pererva, V. A., Karpovich, E. V., Fedosov, A. V. (2016). Development of penetration zone size prediction technique for hollow-cathode welding technology of spherical titanium tanks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (79)), 47–52. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59790
  9. Zakharenkov, L. E., Kim, V., Lovtsov, A. S., Semenkin, A., Solodukhin, A. E. (2018). Modern trends and development prospects of thrusters with closed electron drift. Conference: Space Propulsion 2018. Available at: https://www.researchgate.net/publication/330116874_MODERN_TRENDS_AND_DEVELOPMENT_PROSPECTS_OF_THRUSTERS_WITH_CLOSED_ELECTRON_DRIFT
  10. Peter, T., Dyer, A., Ryan, E., Garcia, C. et. al. (2018). Initial investigation of alternative propellants for use with a low-power cylindrical hall thruster. In Space Propulsion 2018, 12. Available at: https://eprints.soton.ac.uk/426412/
  11. Andreussi, T., Cifali, G., Giannetti, V., Piragino, A., Ferrato, E., Rossodivita, A., Andrenucci, M. (2017). Development and experimental validation of a hall effect thruster RAM-EP concept. 35th International Electric Propulsion Conference Georgia Institute of Technology. Available at: https://iepc2017.org/sites/default/files/speaker-papers/iepc-2017-377_ram_final.pdf
  12. Yermoshkin, Yu. M. (2011). Electric propulsions rational application range on the applied spacecrafts. Sibirskiy zhurnal nauki i tekhnologiy, 2 (35), 109–113. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/oblasti-ratsionalnogo-primeneniya-elektroreaktivnyh-dvigatelnyh-ustanovok-na-kosmicheskih-apparatah-prikladnogo-naznacheniya
  13. Maslova, A. I., Pirozhenko, A. V. (2009). Izmeneniya plotnosti atmosfery pri dvizhenii kosmicheskih apparatov na nizkih okolozemnyh orbitah. Kosmichna nauka i tekhnolohiya, 1, 13–18.
  14. Ishkov, S. A. (2016). Efficiency of using electric propulsion engines for the task of keeping in a near-circular orbit. VESTNIK of the Samara State Aerospace University, 15 (1), 55–63. doi: https://doi.org/10.18287/2412-7329-2016-15-1-55-63
  15. Ishkov, S. A. (2017). Optimization of Design Parameters of Spacecraft Equipped with Electro Rocket Low-thrust Engine and Calculation its Applying Area at Low Earth Orbit. Procedia Engineering, 185, 239–245. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.306
  16. Dron', N. M., Kondrat'ev, A. I., Hit'ko, A. V., Horol'skiy, P. G. (2008). Kontseptsiya ispol'zovaniya elektroraketnyh dvigateley na mikrosputnikah. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 9, 39–43.
  17. Alpatov, A. P. (2016). Dinamika kosmicheskih letatel'nyh apparatov. Kyiv: Naukova dumka, 487.
  18. Montenbruck, O., Gill, E. (2005). Satellite Orbits: Models, Methods and Applications. Springer, 369.
  19. Curtis, H. D. (2014). Orbital Mechanics for Engineering Students. Butterworth-Heinemann, 768. doi: https://doi.org/10.1016/c2011-0-69685-1

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-24

Як цитувати

Sidorov, A., & Pererva, V. (2019). Визначення областей ефективного застосування електрореактивних двигунів малої тяги. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (99), 43–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.168446

Номер

Том 3 № 5 (99) (2019): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Aleksey Sidorov, Viktor Pererva

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.