Оцінка степені утилізації корпусу ракети-носія з поліолефінів в атмосфері землі

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.319437

Ключові слова:

утилізація корпусу ракети-носія з поліолефінів, математична модель відведення з орбіти, вплив теплових потоків на нагрівання корпусу, атмосферна ділянка траєкторії, заатмосферна ділянка траєкторії

Анотація

Об’єктом дослідження є процес утилізації корпусу верхнього ступеня ракети-носія виготовленого з поліолефінів шляхом спалювання в щільних шарах атмосфери Землі при відведенні з навколоземної орбіти. Досліджувалась проблема визначення можливості утилізації корпусів верхніх ступенів ракет-носіїв з поліолефінів під час відведення з орбіти.

Розроблена математична модель дозволяє одночасно враховувати дію балістичних та аеротермодинамічних аспектів. Застосування цієї моделі дає можливість оцінити степінь утилізації корпусів верхніх ступенів ракет-носіїв з поліолефінів в атмосфері Землі на стадії науково-дослідних робіт. В свою чергу, це дає можливість раціонального вибору проєктних параметрів матеріалів корпусів ступенів ракет-носіїв з урахуванням фази утилізації в щільних шарах атмосфери, а також раціонального вибору початкових параметрів орбіт відведення. Це дозволяє максимізувати рівень утилізації та мінімізувати імовірність падіння уламків на незаселені території Землі.

Результати дослідження показали, що корпуси ракет-носіїв з полімерних матеріалів типу поліетилен та поліпропілен можуть згорати на атмосферній ділянці траєкторії на 90–100 % в залежності від масогабаритних характеристик та типу орбіти. В свою чергу, збільшення еліптичності орбіти дозволяє збільшувати крутизну входу верхнього ступеня ракети-носія в щільні шари атмосфери, а звідси, і збільшувати теплові потоки, що сприяють згоранню корпуса. З огляду на це сформовано методичні рекомендації для вибору орбіт необхідної еліптичності із врахуванням місця падіння уламків верхніх ступенів ракет-носіїв, що не згоріли в атмосфері

Біографії авторів

Mykola Dron, Oles Honchar Dnipro National University

Doctor of Technocal Sciences, Professor

Department of Rocket and Space and Innovative Technologies

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

Доктор філософії, старший науковий співробітник

Відділ системного аналізу та проблем керування

Олександр Вячеславович Голубек, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Доктор технічних наук, професор

Кафедра кібербезпеки та комп’ютерно-інтегрованих технологій

Андрій Юлійович Дреус, Promin Aerospace

Доктор технічних наук, науковий консультант

Олена Сергіївна Косіцина, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології

Людмила Григорівна Дубовик, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Старший науковий співробітник

НДІ енергоефективних технологій і матеріалознавства

Посилання

  1. Brunner, A. J. (2020). Fracture mechanics of polymer composites in aerospace applications. Polymer Composites in the Aerospace Industry, 195–252. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102679-3.00008-3
  2. NjugunaNjuguna, J., Pielichowski, K. (2004). Polymer Nanocomposites for Aerospace Applications: Characterization. Advanced Engineering Materials, 6 (4), 204–210. https://doi.org/10.1002/adem.200305110
  3. Henson, G. (2018). Materials for Launch Vehicle Structures. Aerospace Materials and Applications, 435–504. https://doi.org/10.2514/5.9781624104893.0435.0504
  4. Dron’, M. M., Kositsyna, O. S., Dreus, A. Yu. (2023). Prospects of using polyolefins as alternative structural materials for ultralight launch vehicle. Journal of Chemistry and Technologies, 31 (4), 845–853. https://doi.org/10.15421/jchemtech.v31i4.289212
  5. Yemets, V., Sanin, F., Dzhur, Y., Masliany, M., Kostritsyn, O., Minteev, G. (2009). Single-stage small satellite launcher with combustible tank of polyethylene. Acta Astronautica, 64 (1), 28–32. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2008.06.015
  6. Yemets, V., Sanin, F., Masliany, M., Kostritsyn, O., Minteev, G. (2010). Is the combustible inertial pico launch vehicle feasible? JBIS - Journal of the British Interplanetary Society, 63 (7), 249–259.
  7. Yemets, V., Dron, M., Yemets, T., Kostritsyn, O. (2015). The infinite staging rocket - A progress to realization. Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC, 12, 9118–9124.
  8. 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. https://doi.org/10.2514/1.a34597
  9. Dreus, А. Yu., Dron, М. М., Dubovik, L. G., Strembovsky, V. V. (2023). Assessment of the possibility of using polymers in the bodies of promising launch vehicles based on the heat resistance factor. Kosmìčna Nauka ì Tehnologìâ, 29 (6), 03–12. https://doi.org/10.15407/knit2023.06.003
  10. Dreus, A., Yemets, V., Dron, M., Yemets, M., Golubek, A. (2021). A simulation of the thermal environment of a plastic body of a new type of launch vehicle at the atmospheric phase of the trajectory. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 94 (4), 505–514. https://doi.org/10.1108/aeat-04-2021-0100
  11. Golubek, A., Aleksieienko, S., Dron, M., Dreus, A. (2024). Assessing the possibility of using a variable-length launch vehicle with a polymer body for orbiting payload. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (129)), 63–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306225
  12. Cesul, B. T. (2008). Inorganic Polymers for Space Applications. 22nd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites Content. Available at: https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1388&context=smallsat
  13. Roddy, M. A., Huang, A. (2016). Development of a solid-state inflation balloon for aerodynamic drag assisted deorbit of CubeSats. Engineering, Environmental Science, Physics.
  14. Grossman, E., Gouzman, I. (2003). Space environment effects on polymers in low earth orbit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 208, 48–57. https://doi.org/10.1016/s0168-583x(03)00640-2
  15. Kondratiev, A., Potapov, O., Tsaritsynskyi, A., Nabokina, T. (2021). Optimal Design of Composite Shelled Sandwich Structures with a Honeycomb Filler. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV, 546–555. https://doi.org/10.1007/978-3-030-77719-7_54
  16. Alpatov, A. P. (2018). Kosmichne smittia: aspekty problemy. Tekhnichna mekhanika, 1, 30–47.
  17. Fedele, A., Omar, S., Cantoni, S., Savino, R., Bevilacqua, R. (2021). Precise re-entry and landing of propellantless spacecraft. Advances in Space Research, 68 (11), 4336–4358. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.09.029
  18. Nocerino, A., Notaro, I., Morani, G., Poderico, M., D’Amato, E., Blasi, L. et al. (2023). Trajectory control algorithms for the de-orbiting and Re-entry of the MISTRAL satellite. Acta Astronautica, 203, 392–406. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.12.010
  19. Gaglio, E., Bevilacqua, R. (2023). Time Optimal Drag-Based Targeted De-Orbiting for Low Earth Orbit. Acta Astronautica, 207, 316–330. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.03.011
  20. Markley, F. L., Crassidis, J. L. (2014). Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control. Springer New York. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0802-8
  21. Kaplan, G. H. (2005). The IAU Resolutions on Astronomical Reference Systems, Time Scales, and Earth Rotation Models (Draft 4). Defense Technical Information Center. https://doi.org/10.21236/ada434096
  22. Petit, G., Luzum, B. (2010). IERS Conventions. IERS Technical Note No. 36. IERS Conventions Centre, 179.
  23. Golubek, A. V., Tatarevskiy, K. E., Filippenko, I. M., (2020). Apriornaya ocenka tochnosti vyvedeniya kosmicheskih apparatov s BINS. Dnepr: LІRA, 187.
  24. Zbruckiy, A. V., Ganzha, A. P. (2011). Navigaciya kosmicheskogo apparata distancionnogo zondirovaniya Zemli po semke zemnoy poverhnosti. Kyiv: NTUU «KPI», 160.
  25. Fortescue, P., Swinerd, G., Stark, J. (Eds.) (2011). Spacecraft Systems Engineering. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781119971009
  26. Lapkhanov, E., Palii, O., Golubek, A. (2022). Determining the degree of effect of heat flows on the deformation of the shell of a space inflatable platform with a payload. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (119)), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266161
  27. Allen, J. (1964). The aerodynamic heating of atmosphere entry vehicles - a review. NASA, Ames Research Center Moffett Field, California, 44.
  28. Payload user guide. Electron. Available at: https://www.rocketlabusa.com/assets/Uploads/Electron-Payload-User-Guide-7.0.pdf
  29. Kositsyna, O. S., Dron’, M. M., Yemets, V. V. (2020). The environmental impact assessment of emission from space launches: the promising propellants components selection. Journal of Chemistry and Technologies, 28 (2), 186–193. https://doi.org/10.15421/082020
  30. Park, S.-H., Mischler, S., Leyland, P. (2021). Re-entry analysis of critical components and materials for design-for-demise techniques. Advances in Space Research, 68 (1), 1–24. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.03.019
  31. Park, S.-H., Neeb, D., Plyushchev, G., Leyland, P., Gülhan, A. (2021). A study on heat flux predictions for re-entry flight analysis. Acta Astronautica, 187, 271–280. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.06.025
  32. Tyurenkova, V. V., Smirnova, M. N. (2016). Material combustion in oxidant flows: Self-similar solutions. Acta Astronautica, 120, 129–137. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.11.033
Оцінка степені утилізації корпусу ракети-носія з поліолефінів в атмосфері землі

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-02-05

Як цитувати

Dron, M., Лапханов, Е. О., Голубек, О. В., Дреус, А. Ю., Косіцина, О. С., & Дубовик, Л. Г. (2025). Оцінка степені утилізації корпусу ракети-носія з поліолефінів в атмосфері землі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(1 (133), 33–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.319437

Номер

Том 1 № 1 (133) (2025): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Aleksandr Golubek, Mykola Dron, Erik Lapkhanov, Andrii Dreus, Olena Kositsyna, Ludmila Dubovik

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.