Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Робастное управление при формировании вращающейся тросовой группировки микроспутников конфигурации «ступица-спицы» с использованием неравенства Гамильтона-Якоби

Авторы

^1,2Ш. Чэнь, ¹Ю.М. Заболотнов

Организации

¹Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева
г. Самара, Российская Федерация
²Северо-западный политехнический университет
г. Сиань, Китайская Народная Республика

Аннотация

Рассматривается задача управления при формировании на низкой околоземной орбите вращающейся тросовой группировки конфигурации «ступица-спицы» (hub-spoke), в которой микроспутники расположены радиально относительно центрального космического аппарата (ступица) и соединены с ним тросами (спицами) соответственно. Для анализа динамики тросовой системы разработана математическая модель (используются уравнения Лагранжа) в орбитальной системе координат, при этом центральный космический аппарат рассматривается как твердое тело конечных размеров. Предложена схема управления, в которой управляющий момент, приложенный к центральному телу, обеспечивает заданное вращательное движение системы, а закон развертывания тросов строится в соответствии с принципами робастного управления, которое осуществляется за счет регулирования натяжения троса и малой тяги, приложенной к микроспутникам. При анализе устойчивости движения системы используются теория Ляпунова и неравенство Гамильтона-Якоби, с помощью которого определяется показатель робастности системы управления. Приводятся результаты численных расчетов, которые подтверждают, что предлагаемая схема управления оказывается эффективной при учете периодических гравитационных возмущений, внешних возмущений и возмущений, связанных с неопределенностью в начальных состояниях системы и с вращением центрального тела.

Ключевые слова

космическая тросовая группировка, микроспутник, конфигурация «ступица-спицы», вращение группировки микроспутников, развертывание тросов, робастное управление, неравенство Гамильтона-Якоби

Список литературы

[1] Kumar K. D. Review on dynamics and control of nonelectrodynamic tethered satellite systems // Journal of spacecraft and rockets. 2006. vol. 43. no. 4. pp. 705–720.

[2] Белецкий В. В., Левин Е. М. Динамика космических тросовых систем. М. : Наука, 1990. 329 с.

[3] Levin E. M. Dynamic analysis of space tether missions // Am. Astronaut. Soc. Adv. Astronaut. 2007. vol. 126.

[4] Cartmell M. P., McKenzie D. J. A review of space tether research // Progress in Aerospace Sciences. 2008. vol. 44. no. 1. pp. 1–21.

[5] Ван Ч., Заболотнов Ю. М. Анализ динамики формирования тросовой группировки из трех наноспутников с учетом их движения вокруг центров масс // Прикладная математика и механика. 2021. Т. 85. № 1. С. 21–43.

[6] Chen S., Li A., Wang C. Analysis of the deployment of a three-mass tethered satellite formation // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. vol. 984. pp. 012–028.

[7] Заболотнов Ю. М., Назарова А. А. Метод формирования треугольной вращающейся тросовой группировки космических аппаратов с использованием электромагнитных сил // Известия РАН. Теория и системы управления. 2022. № 4. С. 160–176.

[8] Pizzaro-Chong A., Misra A. K. Dynamics of multi-tethered satellite formations containing a parent body // Acta Astronautica. 2008. vol. 63. pp. 1188–1202.

[9] Zhai G., Su F., Zhang J., Liang B. Deployment strategies for planar multi-tethered satellite formation // Aerospace Science and Technology. 2017. vol. 71. pp. 475–484.

[10] Chen S., Liu C., Zabolotnov Yu. M., Li A. Stable deployment control of a multi-tethered formation system considering the spinning motion of parent satellite // The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021). vol. 2. pp. 771–782.

[11] Khalil H. K. Nonlinear control. New York : Pearson, 2015. 394 p.

[12] Ma Z., Sun G., Li Z. Dynamic adaptive saturated sliding mode control for deployment of tethered satellite system // Aerospace Science and Technology. 2017. vol. 66. pp. 355–365.

Дополнительные сведения

Работа выполнена при финансовой поддержке Государственного фонда естественных наук Китая (проект № 62111530051) и РФФИ (проект № 21-51-53002).

Цитирование данной статьи

Чэнь Ш., Заболотнов Ю.М. Робастное управление при формировании вращающейся тросовой группировки микроспутников конфигурации «ступица-спицы» с использованием неравенства Гамильтона-Якоби // Космические аппараты и технологии. 2022. Т. 6. № 4. С. 235-245. doi: 10.26732/j.st.2022.4.02

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.