Розробка аеромагнітної системи відведення об’єктів космічного сміття

Автор(и)

  • Erik Lapkhanov Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України вул. Лешко-Попеля, 15, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0003-3821-9254
  • Serhii Khoroshylov Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України вул. Лешко-Попеля, 15, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-7648-4791

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382

Ключові слова:

аеромагнітна система відведення, постійні магніти, космічний апарат, дискретний закон керування

Анотація

Розглянуто можливість створення аеромагнітної системи відведення об’єктів космічного сміття з низьких навколоземних орбіт. Особливістю конструкції даної аеромагнітної системи відведення є застосування магнітних органів керування відносним положенням аеродинамічного елементу з використанням постійних поворотних магнітів, що екрануються за допомогою спеціальних капсул екранів зі створами. Слід зазначити, що ця система пропонується для аеродинамічно нестійких космічних апаратів. Також, для аналізу працездатності і переваг застосування аеромагнітної системи відведення з постійними магнітами було запропоновано відповідний дискретний закон керування магнітними органами. Керування відносним положення аеродинамічного елементу в орбітальній системі координат здійснюється з метою орієнтації і стабілізації його перпендикулярно до динамічного потоку атмосфери, що набігає. Проведене математичне моделювання орбітального руху космічного апарату під час відведення за допомогою аеромагнітної системи з постійними магнітами з різних орбіт. Було визначено, що при здійсненні стабілізації аеродинамічного елементу перпендикулярно до вектору динамічного потоку атмосфери, що набігає, час відведення зменшується на 25 % у порівнянні з неорієнтованим пасивним відведенням. Однак, ця перевага у часі відведення властива лише для аеродинамічних елементів площа Міделя яких значно більша за четверту частину площі повної поверхні. Так, слід зазначити, що проектування аеромагнітних систем відведення доцільно лише із використанням аеродинамічних вітрильних елементів, що розгортаються, і зовсім не є ефективним для великих надувних елементів.

Таким чином, розробка аеромагнітної системи відведення об’єктів космічного сміття з органами керування на постійних магнітах розширює межі ефективного застосування аеродинамічних вітрильних систем. В свою чергу, застосування магнітних органів з постійними магнітами дає новий напрямок для подальших досліджень керування орієнтацією великогабаритних космічних систем при мінімальних витратах палива та бортової енергії

Біографії авторів

Erik Lapkhanov, Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України вул. Лешко-Попеля, 15, м. Дніпро, Україна, 49005

Аспірант

Відділ системного аналізу і проблем керування

Serhii Khoroshylov, Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України вул. Лешко-Попеля, 15, м. Дніпро, Україна, 49005

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, провідний науковий співробітник

Відділ системного аналізу і проблем керування

Посилання

  1. Orbital Debris Quarterly News (2019). National Aeronautics and Space Administration, 23 (1-2). Available at: https://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/quarterly-news/pdfs/odqnv23i1.pdf
  2. Alpatov, A. P., Goldstein, Yu. M. (2017). Ballistic Analysis of Orbits Distribution of Spacecraft for Different Functional Missions. Technical Mechanics, 2, 33–40.
  3. Alpatov, A. P., Holdshtein, Yu. M. (2019). On the choice of the ballistic parameters of an on-orbit service spacecraft. Technical Mechanics, 1, 25–37. Available at: http://www.journal-itm.dp.ua/docs//P-03-01-2019.pdf
  4. Paliy, A. S. (2012). Metody i sredstva uvoda kosmicheskih apparatov s rabochih orbit (sostoyanie problemy). Technical Mechanics, 1, 94–102.
  5. Alpatov, A. P. (2012). Tehnogennoe zasorenie okolozemnogo kosmicheskogo prostranstva. Dnepropetrovsk: Porogi, 378.
  6. Alpatov, A. P., Khoroshylov, S. V., Maslova, A. I. (2019). Contactless de-orbiting of space debris by the ion beam. Dynamics and control. Kyiv: Akademperiodyka, 170. doi: https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.383.170
  7. Pikalov, R. S., Yudintsev, V. V. (2018). Obzor i vybor sredstv uvoda krupnogabaritnogo kosmicheskogo musora. Trudy MAI, 100. Available at: http://trudymai.ru/upload/iblock/239/Pikalov_YUdintsev_rus.pdf?lang=ru&issue=100
  8. Dron, N. M., Horolsky, P. G., Dubovik, L. G. (2014). Ways of reduction of technogenic pollution of the near-earth space. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho hirnychoho universytetu, 3, 125–130.
  9. Lapkhanov E. O. (2019). Features of the development of means for spacecraft removal from near-earth operational orbits. Technical Mechanics, 2, 16–29.
  10. Shuvalov, V. O., Paliy, O. S., Lapkhanov, E. O. (2018). Zaiavka na Pat. No. a201801742 UA. Sposib ochyshchennia navkolozemnoho prostoru vid obiektiv kosmichnoho smittia shliakhom vidvedennia yikh z orbity za dopomohoiu vlasnoho mahnitnoho polia. MPK B 64 G 1/62. No. a201801742; declareted: 21.02.2018.
  11. Shuvalov, V. A., Gorev, N. B., Tokmak, N. A., Pis’mennyi, N. I., Kochubei, G. S. (2018). Control of the drag on a spacecraft in the earth’s ionosphere using the spacecraft’s magnetic field. Acta Astronautica, 151, 717–725. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.06.038
  12. Svorobin, D. S., Fokov, A. A., Khoroshylov, S. V. (2018). Feasibility analysis of aerodynamic compensator application in noncontact space debris removal. Aerospace technic and technology, 6, 4–11. doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2018.6.01
  13. Underwood, C., Viquerat, A., Schenk, M., Taylor, B., Massimiani, C., Duke, R. et. al. (2019). InflateSail de-orbit flight demonstration results and follow-on drag-sail applications. Acta Astronautica, 162, 344–358. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.05.054
  14. Trofimov, S. P. (2015). Deorbiting of low-earth orbit spacecraft using a sail for solar radiation pressure force augmentation. Preprint IPM im. M. V. Keldysha, 32. Available at: https://keldysh.ru/papers/2015/prep2015_32.pdf
  15. Harkness, P., McRobb, M., Lützkendorf, P., Milligan, R., Feeney, A., Clark, C. (2014). Development status of AEOLDOS – A deorbit module for small satellites. Advances in Space Research, 54 (1), 82–91. doi: https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.03.022
  16. Anderson, J. L. NASA's Nanosail-D 'Sails' Home – Mission Complete. NASA. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/smallsats/11-148.html
  17. Bernardi, F., Vignali, G. SSCD: Sailing System for Cubesat Deorbiting. Available at: http://www.unisec-global.org/ddc/pdf/1st/01_FedericoSailing_abst.pdf
  18. Paliy, O. S. (2017). Classification of aerodynamic systems for low Earth orbit space hardware deorbiting. Technical Mechanics, 4, 49–54.
  19. Dron’, M., Golubek, A., Dubovik, L., Dreus, A., Heti, K. (2019). Analysis of ballistic aspects in the combined method for removing space objects from the near­Earth orbits. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (98)), 49–54. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161778
  20. Dron, M., Dreus, A., Golubek, A., Abramovsky, Y. (2018). Investigation of aerodynamics heating of space debris object at reentry to earth atmosphere. 16th IAA Symposium on space debris, Bremen. IAC-18,A6,IP,39,×43826, 7.
  21. Pfisterer, M., Schillo, K., Valle, C., Lin, K.-C., Ham, C. The Development of a Propellantless Space Debris Mitigation Drag Sail for LEO Satellites. Available at: http://www.iiis.org/Chan.pdf
  22. Khoroshylov, S. V., Paliy, O. S., Lapkhanov, E. O. (2019). Zaiavka na Pat. na vynakhid No. a201907950 UA. Aeromahnitna systema vidvedennia obiektiv kosmichnoho smittia z nyzkykh navkolozemnykh orbit z mahnitnymy orhanamy keruvannia. MPK B 64 G 1/62. No. a201907950, declareted: 11.07.2019.
  23. Dmitrenko, V. V., Nyunt, P. W., Vlasik, K. F., Grachev, V. M., Grabchikov, S. S., Muravyev-Smirnov, S. S. et. al. (2015). Electromagnetic shields based on multilayer film structures. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 42 (2), 43–47. doi: https://doi.org/10.3103/s1068335615020037
  24. Safonov, A. L., Safonov, L. I. (2015). Elektricheskie pryamougol'nye soediniteli. Mnogosloynye metallizirovannye ekrany zashchity ot EMP i sposoby ih polucheniya. Technologies in Electronic Industry, 1, 64–69.
  25. Coey, J. (2010). Magnetism and magnetic materials. Cambridge University Press. doi: https://doi.org/10.1017/CBO9780511845000
  26. Fortescue, P., Swinerd, G., Stark, J. (Eds.) (2011). Spacecraft Systems Engineering. John Wiley & Sons Ltd. doi: https://doi.org/10.1002/9781119971009
  27. Maslova, A. I., Pirozhenko, A. V. (2016). Orbit changes under the small constant deceleration. Space Science and Technology, 22 (6), 20–25. doi: https://doi.org/10.15407/knit2016.06.020
  28. Alpatov, A. P. et. al. (1978). Dinamika kosmicheskih apparatov s magnitnymi sistemami upravleniya. Moscow: Mashinostroenie, 200.
  29. Khoroshylov, S. V. (2018). Relative Motion Control System of Spacecraft for Contactless Space Debris Removal. Nauka Ta Innovacii, 14 (4), 5–17. doi: https://doi.org/10.15407/scin14.04.005
  30. Alpatov, A., Khoroshylov, S., Bombardelli, C. (2018). Relative control of an ion beam shepherd satellite using the impulse compensation thruster. Acta Astronautica, 151, 543–554. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.06.056

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-10-01

Як цитувати

Lapkhanov, E., & Khoroshylov, S. (2019). Розробка аеромагнітної системи відведення об’єктів космічного сміття. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (101), 30–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382

Номер

Том 5 № 5 (101) (2019): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Erik Lapkhanov, Serhii Khoroshylov

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.