Анализ управляемого движения исследовательского космического аппарата с солнечным парусом

Рассмотрено управляемое движение исследовательского космического аппарата с солнечным парусом каркасного типа. При выполнении программных разворотов солнечного паруса возникают возмущающие силы, характеристика которых зависит от особенностей его конструкции. Чтобы провести анализ управляемого движения космического аппарата с солнечным парусом, необходимо учесть особенности конструкции этого устройства. Разработана конечно-элементная модель конструкции космического аппарата с солнечным парусом каркасного типа. Предложена математическая модель его движения в комбинированной гелиоцентрической системе координат. Сформулированы локально-оптимальные законы управления сохранения и изменения орбитальных элементов. На основе математической модели создана программа для моделирования движения космического аппарата с солнечным парусом в гелиоцентрической системе координат. Проведен анализ данных, полученных при моделировании, в результате которого выявлена целесообразность использования технологии солнечного паруса для совершения межпланетных перелетов.

Литература

[1] Поляхова Е.Н. Космический полет с солнечным парусом. Москва, ЛИБРОКОМ, 2011. 320 с.

[2] Johnson L., Whorton M., Heaton A., Pinson R., Laue G., Adams C. NanoSail-D: A solar sail demonstration mission. Acta Astronautica, 2011, vol. 68, pp. 571–575, doi: 10.1016/j.actaastro.2010.02.008

[3] Mori O., Sawada H., Funase R., Morimoto M., Endo T., Yamamoto T., Tsyda Y., Kawakatsu Y., Kawaguchi J. First Solar Power Sail Demonstration by IKAROS. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology, 2010, vol. 8, no. 27, 6 p.

[4] Biddy C., Svitek T. LightSail-1 Solar Sail Design and Qualification. Materials of the 41th Aerospace Mechanisms Symposium, 16–18 May, 2012, pp. 451–463.

[5] Khabibullin R.M., Starinova O.L. Nonlinear Modeling and Study for Control of the Research Spacecraft with Solar Sail. AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1798, 9 p., doi: 10.1063/1.4972666

[6] Gorbunova I.V., Starinova O.L. Control of the spacecraft with a solar sail, performing an interplanetary flight. IEEE Conference publications, 2015, pp. 111–115, doi: 10.1109/RAST.2015.7208325

[7] Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении. Москва, Наука, 1974. 487 с.

[8] Ишков С.А., Старинова О.Л. Оптимизация и моделирование движения космического аппарата с солнечным парусом. Известия Самарского научного центра РАН, 2005, вып. 7, № 1(13), с. 99–106.

[9] McInnes C.R. Solar sailing: technology, dynamics and mission applications. Springer Science & Business Media, 2013. 296 p.

[10] Starinova O.L., Gorbunova I.V. Analytical control laws of the heliocentric motion of the solar sail spacecraft. AIP Conference Proceedings, 2014, vol. 1637, pp. 358–367, doi: 10.1063/1.4904599

[11] Чернявский А.О. Метод конечных элементов: основы практического применения. Москва, Машиностроение, 2003. 106 с.

[12] Пересыпкин К.В., Пересыпкин В.П., Иванова Е.А. Моделирование конструкций ракетно-космической техники методом конечных элементов в среде MSC.Nastran. Самара, Самарский университет, 2012. 143 с.

[13] Хабибуллин Р.М., Старинова О.Л. Нелинейное моделирование перелета маневрирующего космического аппарата к потенциально опасному астероиду. Пат. 2016663956 РФ, 2016.