Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Анализ движения наноспутника с неизолированным проводящим ток тросом

Авторы

Т.А. Быстранова, Ю.М. Заболотнов

Организация

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва
г. Самара, Российская Федерация

Аннотация

Анализируется движение электродинамической тросовой системы, состоящей из наноспутника и вспомогательного тела (эмиттера электронов). Наноспутник и эмиттер соединены неизолированным проводящим ток тросом. Задача связана с актуальной проблемой удаления из космоса выработавших свой ресурс наноспутников или малых космических аппаратов без использования реактивных двигателей. Взаимодействие проводящего троса с магнитным полем Земли приводит к появлению силы Ампера (Лоренца), которая обеспечивает быстрое торможение тросовой системы. Для анализа движения рассматриваемой космической системы используется метод математического моделирования с применением уравнений движения, построенных с помощью формализма Лагранжа. Особенностью математической модели движения системы является учет неравномерного распределения тока вдоль оголенного проводящего троса, которое зависит от разности потенциалов между концевыми телами. Изучаются влияние концентрации электронов в ионосфере и наклонения на распределение тока вдоль троса и изменение орбитальных параметров центра масс системы. Установлено, что для неэкваториальных орбит движение тросовой системы имеет сложный пространственный характер (она совершает колебания относительно орбитальной плоскости). Приводятся численные результаты, иллюстрирующие влияние концентрации электронов и наклонения на приращения параметров орбиты центра масс тросовой системы.

Ключевые слова

электродинамическая тросовая система, сила Ампера, ионосфера, неизолированный проводящий трос, наноспутник, уравнения Лагранжа, концентрация электронов, наклонение орбиты, распределение тока

Список литературы

[1] Zhong R., Zhu Z. H. Dynamics of Nanosatellite Deorbit by Bare Electrodynamic Tether in Low Earth Orbit // J. of Spacecraft and Rockets. 2013. Vol. 50. № 3. P. 691–700.

[2] Белецкий В. В., Левин Е. М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990. 336 с.

[3] Кульков В. М., Егоров Ю. Г., Тузиков С. А. Исследование конфигурации и формирование проектного облика развернутой электродинамической тросовой системы в составе орбитальных космических аппаратов // Известия РАН. Энергетика. 2018. № . 3. С. 119–130.

[4] Кульков В. М., Егоров Ю. Г., Тузиков С. А., Фирсюк С. О. Особенности построения малоразмерных космических электродинамических тросовых систем // Известия РАН. Энергетика. 2019. № 3. С. 52–67.

[5] Ohkawa Y., Kawamoto S., Okumura T., etc. Review of KITE – Electrodynamic tether experiment on the H-II Transfer Vehicle // Acta Astronautica. 2020. Vol. 177, рр. 750–758.

[6] Chen X., Sanmartin J. R. Bare-tether cathodic contact through thermionic emission by low-work-function materials // Physics of Plasmas. 2012. Vol. 19, рр. 1–8.

[7] Sanchez-Arriaga G., Bombardelli C., Chen X. Impact of Nonideal Effects on Bare Electrodynamic Tether Performance // J. of Propulsion and Power. 2015. Vol. 31(3), рр. 951–955.

[8] Liang F., Xia Q., Wang N., etc. Power Generation on a Bare Electrodynamic Tether during Debris Mitigation in Space // Int. J. of Aerospace Engineering. 2021. Art. ID 8834196. 13 p.

[9] Li G., Zhu Z. H. Parameter influence on electron collection efficiency of a bare electrodynamic tether // Science China Information Sciences. 2018. Vol. 61, Iss. 2. No. 022201.

[10] Luo C., Hao W. H., Jin D. Libration control of bare electrodynamic tether for three-dimensional deployment // Astrodynamics. 2018. Vol. 2, рр. 187–199.

[11] Zhang J., Zhu Z., Sun Z. Reduction of Libration Angle in Electrodynamic Tether Deployment by Lorentz Force // J. of Guidance Control and Dynamics. 2017. Vol. 40. No. 1, рр. 164–169.

[12] Воеводин П. С., Заболотнов Ю. М. Моделирование процесса торможения наноспутника с помощью электродинамической тросовой системы // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Труды XXI Международной конференции. В 2-х т. 2019. С. 232–237.

[13] Охоцимский Д. Е., Сихарулидзе Ю. Г. Основы механики космического полета. М.: Наука, 1990. 448 с.

[14] Воеводин П. С., Заболотнов Ю. М. Анализ динамики и выбор параметров электродинамической космической тросовой системы, работающей в режиме генерации тяги // Космические исследования. 2020. Т. 58. № 1. С. 61–72.

[15] Menon C., Kruijff M., Vavonliotis A. Design and Testing of a Space Mechanism for Tether Deployment // J. Spacecraft and Rockets. 2007. Vol. 44. No. 4, рр. 927–939.

[16] Li G., Zhu Z. H. Precise analysis of deorbiting by electrodynamic tethers using coupled multiphysics finite elements // J. of Guidance, Control, and Dynamics. 2017. Vol. 40. Iss. 12, рр. 3343–3352.

[17] Xie K., Yuan H., Liang F. and oth. Lorentz Force Characteristics of a Bare Electrodynamic Tether System with a Hollow Cathode // J. of the Astronautical Sciences. 2021. Vol. 68, рр. 327–348.

Цитирование данной статьи

Быстранова Т.А., Заболотнов Ю.М. Анализ движения наноспутника с неизолированным проводящим ток тросом // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 3. С. 197-206.

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