Розробка комбінованого методу відводу космічних об’єктів з використанням електроракетної рушійної установки

Автор(и)

  • Aleksandr Golubek Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля» вул. Криворізька, 3, м. Дніпро, Україна, 49008, Україна https://orcid.org/0000-0002-7764-6278
  • Mykola Dron’ Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010, Україна https://orcid.org/0000-0001-9275-4296
  • Ludmila Dubovik Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010, Україна https://orcid.org/0000-0003-1178-9281
  • Andrii Dreus Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010, Україна https://orcid.org/0000-0003-0598-9287
  • Oleksii Kulyk Національний центр аерокосмічної освіти молоді ім. О. М. Макарова пр. Гагаріна, 26, м. Дніпро, Україна, 409005, Україна https://orcid.org/0000-0002-2913-4462
  • Petro Khorolskiy Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля» вул. Криворізька, 3, м. Дніпро, Україна, 49008, Україна https://orcid.org/0000-0001-5233-182X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210378

Ключові слова:

великогабаритне космічне сміття, комбінований відвід, електроракетна рушійна установка, низькі орбіти

Анотація

Розроблений метод комбінованого відводу великогабаритних об’єктів космічного сміття з низьких навколоземних орбіт з використанням електроракетної рушійної установки в якості активного засобу відводу.

Розроблена принципова схема відводу, яка враховує особливості використання електроракетної рушійної установки.

Розроблена методика визначення параметрів схеми відводу, таких як мінімальна сумарна швидкість і момент часу початку процесу відводу, що забезпечує її досягнення. Методика, що пропонується, враховує вплив на процес відводу балістичного коефіцієнта об’єкта, висоти початкової орбіти і фази сонячної активності в момент початку відводу. Також розглянуті діючі часові обмеження по розряду акумуляторної батареї, простою на час зарядки акумуляторної батареї й активній роботі системи керування.

Проведене імітаційне моделювання процесу відводу великогабаритного об’єкту космічного сміття комбінованим методом з використанням електроракетної рушійної установки. Досліджений вплив висоти початкової орбіти, балістичного коефіцієнта і фази сонячної активності на енергетичні витрати процесу відводу. Визначені залежності оптимальних з точки зору енергетичних витрат значень фази сонячної активності в момент початку відводу і сумарної швидкості, необхідної для забезпечення відводу, від висоти початкової орбіти і балістичного коефіцієнта. Ці залежності мають практичний інтерес для задач проектування засобів комбінованого відводу з використанням електроракетної рушійної установки. Отримані залежності часткових похідних приросту швидкості по приросту балістичного коефіцієнта від висоти початкової орбіти. Використання цих похідних також має практичний інтерес для оцінки ефекту від розгортання аеродинамічного вітрильного пристрою

Біографії авторів

Aleksandr Golubek, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля» вул. Криворізька, 3, м. Дніпро, Україна, 49008

Кандидат технічних наук, доцент, провідний інженер-програміст

Комплекс розрахунково-теоретичних і проектних робіт

Mykola Dron’, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010

Доктор технічних наук, професор

Кафедра проектування та конструкцій

Ludmila Dubovik, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010

Старший науковий співробітник

Інститут енергетики

Andrii Dreus, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра аерогідромеханіки і енергомасопереносу

Oleksii Kulyk, Національний центр аерокосмічної освіти молоді ім. О. М. Макарова пр. Гагаріна, 26, м. Дніпро, Україна, 409005

Кандидат технічних наук, доцент, генеральний директор

Petro Khorolskiy, Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля» вул. Криворізька, 3, м. Дніпро, Україна, 49008

Кандидат технічних наук, начальник сектора

Комплекс розрахунково-теоретичних і проектних робіт

Посилання

  1. Liou, J.-C., Kieffer, M., Drew, A., Sweet, A. (2020). The 2019 U.S. Government Orbital Debris Mitigation Standard Practices. Orbital Debris Quarterly News, 24 (1), 4–8. Available at: https://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/quarterly-news/pdfs/odqnv24i1.pdf
  2. Bastida Virgili, B., Dolado, J. C., Lewis, H. G., Radtke, J., Krag, H., Revelin, B. et. al. (2016). Risk to space sustainability from large constellations of satellites. Acta Astronautica, 126, 154–162. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.03.034
  3. Liou, J.-C., Johnson, N. L. (2009). A sensitivity study of the effectiveness of active debris removal in LEO. Acta Astronautica, 64 (2-3), 236–243. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2008.07.009
  4. Drmola, J., Hubik, T. (2018). Kessler Syndrome: System Dynamics Model. Space Policy, 44-45, 29–39. doi: https://doi.org/10.1016/j.spacepol.2018.03.003
  5. Kessler, D., Johnson, N., Liou, J.-C., Matney, M. (2010). The Kessler Syndrome: Implications to Future Space operations. Guidance and Control. 33rd Annual AAS Guidance And Control Conference. Available at: https://pdfs.semanticscholar.org/2276/55e022441d1379dfdc395173ed2e776d54ee.pdf?_ga=2.116661766.127572570.1598000438-1908018850.1550590803
  6. 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.
  7. Alpatov, A. P. (2016). Dinamika kosmicheskih letatel'nyh apparatov. Kyiv: Naukova dumka, 488.
  8. Levin, E., Pearson, J., Carroll, J. (2012). Wholesale debris removal from LEO. Acta Astronautica, 73, 100–108. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2011.11.014
  9. Mark, C. P., Kamath, S. (2019). Review of Active Space Debris Removal Methods. Space Policy, 47, 194–206. doi: https://doi.org/10.1016/j.spacepol.2018.12.005
  10. Shan, M., Guo, J., Gill, E. (2016). Review and comparison of active space debris capturing and removal methods. Progress in Aerospace Sciences, 80, 18–32. doi: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2015.11.001
  11. Sánchez-Arriaga, G., Sanmartín, J. R., Lorenzini, E. C. (2017). Comparison of technologies for deorbiting spacecraft from low-earth-orbit at end of mission. Acta Astronautica, 138, 536–542. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.12.004
  12. 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
  13. Baranov, A. A., Grishko, D. A., Khukhrina, О. I., Chen, D. (2020). Optimal transfer schemes between space debris objects in geostationary orbit. Acta Astronautica, 169, 23–31. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.01.001
  14. Dron', M., Khorolskyy, P., Dubovik, L., Hit'ko, A., Velykyi, I. (2012). Estimation of capacity of debris collector with electric propulsion system creation taking in a count energy response of the existing launch vehicles. Proceedings of the 63th International Astronautical Congress, 2694–2697.
  15. DeLuca, L. T., Lavagna, M., Maggi, F., Tadini, P., Pardini, C., Anselmo, L. et. al. (2014). Large Debris Removal Mission in LEO based on Hybrid Propulsion. Aerotecnica Missili & Spazio, 93 (1-2), 51–58. doi: https://doi.org/10.1007/bf03404676
  16. Yemets, V., Dron’, M., Pashkov, A. (2020). Autophage Engines: Method to Preset Gravity Load of Solid Rockets. Journal of Spacecraft and Rockets, 57 (2), 309–318. doi: https://doi.org/10.2514/1.a34597
  17. Yemets, M., Yemets, V., Harkness, P., Dron’, M., Worrall, K., Pashkov, A. et. al. (2018). Caseless throttleable solid motor for small spacecraft. 69th International Astronautical Congress. Bremen, 10924–10933.
  18. Yemets, V., Harkness, P., Dron’, M., Pashkov, A., Worrall, K., Middleton, M. (2018). Autophage Engines: Toward a Throttleable Solid Motor. Journal of Spacecraft and Rockets, 55 (4), 984–992. doi: https://doi.org/10.2514/1.a34153
  19. Yemets, V. V., Dron’, M. M., Kositsyna, O. S. (2019). Estimation of the possibilities for using the solid hydrocarbon fuels in autophage launch vehicle. Journal of Chemistry and Technologies, 27 (1), 58–64. doi: https://doi.org/10.15421/081906
  20. Dron, M., Dreus, A., Golubek, A., Abramovsky, Yev. (2018). Investigation of aerodynamics heating of space debris object at reentry to Earth atmosphere. 69th International Astronautical Congress. Bremen.
  21. Alpatov, A. P., Paliy, O. S., Skorik, О. D. (2017). The Development of Structural Design and the Selection of Design Parameters of Aerodynamic Systems for De-orbiting Upper-stage Rocket Launcher. Nauka Ta Innovacii, 13 (4), 33–45. doi: https://doi.org/10.15407/scin13.03.033
  22. Rasse, B., Damilano, P., Dupuy, C. (2014). Satellite Inflatable Deorbiting Equipment for LEO Spacecrafts. Journal of Space Safety Engineering, 1 (2), 75–83. doi: https://doi.org/10.1016/s2468-8967(16)30084-2
  23. Roberts, P. C. E., Harkness, P. G. (2007). Drag Sail for End-of-Life Disposal from Low Earth Orbit. Journal of Spacecraft and Rockets, 44 (6), 1195–1203. doi: https://doi.org/10.2514/1.28626
  24. Visagie, L., Lappas, V., Erb, S. (2015). Drag sails for space debris mitigation. Acta Astronautica, 109, 65–75. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.12.013
  25. Lapkhanov, E., Khoroshylov, S. (2019). Development of the aeromagnetic space debris deorbiting system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (101)), 30–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179382
  26. Alpatov, A., Khoroshylov, S., Lapkhanov, E. (2020). Synthesizing an algorithm to control the angular motion of spacecraft equipped with an aeromagnetic deorbiting system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (103)), 37–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.192813
  27. Kelly, P. W., Bevilacqua, R., Mazal, L., Erwin, R. S. (2018). TugSat: Removing Space Debris from Geostationary Orbits Using Solar Sails. Journal of Spacecraft and Rockets, 55 (2), 437–450. doi: https://doi.org/10.2514/1.a33872
  28. Lücking, C., Colombo, C., McInnes, C. R. (2012). A passive satellite deorbiting strategy for medium earth orbit using solar radiation pressure and the J2 effect. Acta Astronautica, 77, 197–206. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.03.026
  29. Li, P., Zhong, R., Lu, S. (2019). Optimal control scheme of space tethered system for space debris deorbit. Acta Astronautica, 165, 355–364. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.09.031
  30. Li, G., Zhu, Z. H., Ruel, S., Meguid, S. A. (2017). Multiphysics elastodynamic finite element analysis of space debris deorbit stability and efficiency by electrodynamic tethers. Acta Astronautica, 137, 320–333. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.04.025
  31. Bombardelli, C., Pelaez, J. (2011). Ion Beam Shepherd for Contactless Space Debris Removal. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 34 (3), 916–920. doi: https://doi.org/10.2514/1.51832
  32. 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
  33. Cichocki, F., Merino, M., Ahedo, E. (2018). Spacecraft-plasma-debris interaction in an ion beam shepherd mission. Acta Astronautica, 146, 216–227. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.02.030
  34. Khoroshylov, S. (2019). Out-of-plane relative control of an ion beam shepherd satellite using yaw attitude deviations. Acta Astronautica, 164, 254–261. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.08.016
  35. Yang, Y., Klein, E., Sagnières, L. (2020). Tumbling object deorbiting using spaceborne laser engagement – A CubeSat case study. Advances in Space Research, 65 (7), 1742–1757. doi: https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.01.002
  36. Inamori, T., Kawashima, R., Saisutjarit, P., Sako, N., Ohsaki, H. (2015). Magnetic plasma deorbit system for nano- and micro-satellites using magnetic torquer interference with space plasma in low Earth orbit. Acta Astronautica, 112, 192–199. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.02.025
  37. Kirpichnikov, S. N., Ivanova, M. V. (2005). Minimum-fuel impulsive transfers between circular coplanar orbits. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Seriya 1. Matematika. Mehanika. Astronomiya, 1, 79–86.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Golubek, A., Dron’, M., Dubovik, L., Dreus, A., Kulyk, O., & Khorolskiy, P. (2020). Розробка комбінованого методу відводу космічних об’єктів з використанням електроракетної рушійної установки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (106), 78–87. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210378

Номер

Том 4 № 5 (106) (2020): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Aleksandr Golubek, Mykola Dron’, Ludmila Dubovik, Andrii Dreus, Oleksii Kulyk, Petro Khorolskiy

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.