Визначення степені впливу теплових потоків на деформацію оболонки космічної надувної платформи з корисним навантаженням

Автор(и)

  • Ерік Олександрович Лапханов Інститут технічної механіки Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Україна https://orcid.org/0000-0003-3821-9254
  • Олександр Сергійович Палій Інститут технічної механіки Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7856-2615
  • Олександр Вячеславович Голубек Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0002-7764-6278

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266161

Ключові слова:

космічна надувна платформа, корисне навантаження, теплові потоки космічного середовища, тензор інерції диспенсера, пружні деформації оболонки

Анотація

Роботу присвячено дослідженню впливу теплових потоків навколишнього космічного середовища на деформацію оболонки космічної надувної платформи з корисним навантаженням. Вдосконалено математична модель впливу коливань температури на масово-інерційні характеристики космічної надувної платформи еліпсоїдальної форми. 

В моделі введені наступні припущення. Розподіл температур на освітленій частині і неосвітленій частині оболонки рівномірний. Градієнт перепаду температур між освітленою і неосвітленою частинами для всіх точок оболонки однаковий. Для визначення деформацій використовується безмоментна теорія. Модель космічної надувної платформи – «гумова куля», що працює лише на розтяг і стиск. Всі деформації пружні.

Визначено переваги і обмеження застосування розробленої математичної моделі. Проведено комп’ютерне моделювання орбітального руху космічної надувної платформи з корисним навантаженням на сонячно-синхронній орбіті. Матеріал оболонки платформи – каптон. Отримано оцінки коливань температур освітленої і неосвітленої частини оболонки та температури газу всередині неї. Визначено залежність пружних деформацій від температури із врахуванням модуля Юнга матеріалу. Визначено вплив зміни тиску газу на рух точок кріплення корисного навантаження і зміну тензора інерції. Отримані результати показали, що тензор інерції змінюється в межах порядку 10-5 кгм2. Максимальне відхилення точок кріплення корисного навантаження від початкового положення на освітленій частині оболонки склало близько 10-6 м.

З огляду стійкості конструкції до впливу теплових потоків навколишнього космічного середовища показано можливість  застосування космічних надувних платформ в якості засобів для розведення угрупування супутників

Біографії авторів

Ерік Олександрович Лапханов, Інститут технічної механіки Національної академії наук України та Державного космічного агентства України

Доктор філософії, науковий співробітник

Відділ системного аналізу та проблем керування

Олександр Сергійович Палій, Інститут технічної механіки Національної академії наук України та Державного космічного агентства України

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ системного аналізу та проблем керування

Олександр Вячеславович Голубек, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра систем автоматичного управління

Посилання

  1. Pogudin, A. V., Gubin, S. V. (2017). Overview of the Characteristics and Methods of Creating a Grouping of Small Spacecraft. Otkrytye informatsionnye i komp'yuternye integrirovannye tekhnologii, 75, 57–67. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/vikt_2017_75_8
  2. Parish, J. A. (2004). Optimizing coverage and revisit time in sparse military satellite constellations a comparison of traditional approaches and genetic algorithms. Monterey: Naval Postgraduate School, 125. Available at: https://ia800905.us.archive.org/12/items/optimizingcovera109451209/optimizingcovera109451209.pdf
  3. Cobb, W. W. (2019). How SpaceX lowered costs and reduced barriers to space. The Conversation Media Group Ltd. Available at: https://theconversation.com/how-spacex-lowered-costs-and-reduced-barriers-to-space-112586
  4. Wall, M. (2022). SpaceX raises launch and Starlink prices, citing inflation. Available at: https://www.space.com/spacex-raises-prices-launch-starlink-inflation
  5. IADC Space debris mitigation guidelines. IADC-02-01. Revision 2. Available at: https://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/library/iadc-space-debris-guidelines-revision-2.pdf
  6. Schoneman, S., Roberts, J., Hadaller, A., Frego, T., Smithson, K., Lund, E. (2018). SSO-A: The First Large Commercial Dedicated Rideshare Mission. 32nd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites. Available at: https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4073&context=smallsat
  7. Taylor, B., Fellowes, S., Dyer, B., Viquerat, A., Aglietti, G. (2020). A modular drag-deorbiting sail for large satellites in low Earth orbit. AIAA Scitech 2020 Forum. doi: https://doi.org/10.2514/6.2020-2166
  8. Sherpa-FX5 Orbital Debris Assessment Report (ODAR) (2021). Spaceflight, Inc. Available at: https://fcc.report/IBFS/SAT-STA-20210922-00127/13329215.pdf
  9. Small Spacecraft Mission Service VEGA-C. User’s Manual Issue 1 – Revision 0 (2020). Available at: https://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2020/10/SSMS-Vega-C-UsersManual-Issue-1-Rev0-Sept2020.pdf
  10. Degtyarev, A. V., Gorbulin, V. P. (2014). Evolyutsiya raketno-kosmicheskikh razrabotok KB «Yuzhnoe». Visn. NAN Ukrainy, 6, 51–76. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69588
  11. Makarenko, A. A., Mashchenko, A. N., Shevtsov, E. I. (2015). The development of modern means of spacecraft integration with a launch vehicle. Space Science and Technology, 21 (5), 18–23. doi: https://doi.org/10.15407/knit2015.05.018
  12. Field, D. W., Askijian, A., Grossman, J., Smith, A. D. (2015). Pat. No. US 9463882. System and method for assembling and deploying satellites. No. 14/700504; declareted: 30.04.2015; published: 11.10.2016. Available at: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchPatent.do?cn=USP2016109463882
  13. Field, D. W., Askijian, A., Grossman, J., Smith, A. D. (2015). Pat. No. US9718566B2. Stackable satellites and method of stacking same. No. 14/700,466. declareted: 30.04.2015; published: 01.08.2017. Available at: https://patents.google.com/patent/US9718566B2/en
  14. Cosner, C. M., Baldwin, M. S. (2019). Pat. No. US11214388. Self-contained payload accommodation module. No. 16/243225; declareted: 09.01.2019; published: 04.01.2022.
  15. Litteken, D. A. (2019). Inflatable technology: using flexible materials to make large structures. Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI. doi: https://doi.org/10.1117/12.2500091
  16. Valle, G. D., Litteken, D., Jones, T. C. (2019). Review of Habitable Softgoods Inflatable Design, Analysis, Testing, and Potential Space Applications. AIAA Scitech 2019 Forum. doi: https://doi.org/10.2514/6.2019-1018
  17. Wei, J., Yu, J., Tan, H., Wang, W., Eriksson, A. (2019). Design and testing of inflatable gravity-gradient booms in space. CEAS Space Journal, 12 (1), 33–41. doi: https://doi.org/10.1007/s12567-019-00256-w
  18. Koryanov, V. V., Alifanov, O. M., Nedogarok, A. A., Uk, Y. S., Firsuk, S. O., Kulkov, V. M. (2021). Review of the technologies for development the inflatable brake device for deorbiting the space objects. AIP Conference Proceedings. doi: https://doi.org/10.1063/5.0036055
  19. Martindell, C. (2022). Inflatable Space Station to Make Space Accessible. The American Society of Mechanical Engineers. Available at: https://www.asme.org/topics-resources/content/inflatable-space-station-to-make-space-accessible
  20. Palii, О., Lapkhanov, E. (2021). Space inflatable platform to accommodate payload. InterConf, 323–328. doi: https://doi.org/10.51582/interconf.7-8.12.2021.037
  21. Lapkhanov, E. O., Palii, O. S. (2021). Mathematical model for determining the design parameters of an inflatable payload-bearing space platform. Technical Mechanics, 4, 66–78. doi: https://doi.org/10.15407/itm2021.04.066
  22. Karpilovskyi, V. S. (2022). Metod skinchennykh elementiv i zadachi teoriyi pruzhnosti. Kyiv: «Sofiia A», 275.
  23. Beloglazov, V. P. (2016). Teoreticheskie osnovy teplotekhniki. Teploperedacha. Nizhnevartovsk: Izd-vo Nizhnevart. gos. un-ta, 118.
  24. Picone, J. M., Hedin, A. E., Drob, D. P., Aikin, A. C. (2002). NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 107 (A12), SIA 15-1-SIA 15-16. doi: https://doi.org/10.1029/2002ja009430
  25. Fortescue, P., Swinerd, G., Stark, J. (Eds.) (2011). Spacecraft systems engineering. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781119971009
  26. Vinogradov, D. Yu., Davydov, E. A. (2017). Techniques of shaping steady near-circular solar-synchronous orbits for the long term existence of the spacecraft. Engineering Journal: Science and Innovation, 6 (66). doi: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2017-6-1630
  27. NASA Systems engineering handbook (2007). NASA SP-2016-6105 Rev2. Available at: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nasa_systems_engineering_handbook_0.pdf
Визначення степені впливу теплових потоків на деформацію оболонки космічної надувної платформи з корисним навантаженням

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-10-30

Як цитувати

Лапханов, Е. О., Палій, О. С., & Голубек, О. В. (2022). Визначення степені впливу теплових потоків на деформацію оболонки космічної надувної платформи з корисним навантаженням. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1 (119), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266161

Номер

Том 5 № 1 (119) (2022): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Erik Lapkhanov, Oleksandr Palii, Aleksandr Golubek

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.