Анализ динамики перелета космического мусоросборщика из плоскости своей орбиты в плоскость орбиты фрагмента мусора

Мусоросборщик и фрагмент мусора движутся по произвольным некомпланарным орбитам в диапазоне высот 400…2000 км. Мусоросборщик отстыковывается от базовой станции, перелетает в плоскость орбиты фрагмента мусора, фазируется, сближается с фрагментом, захватывает его и возвращается на базовую станцию. Время выполнения полетного задания — сутки. Рассмотрен только первый этап перелета мусоросборщика из своей плоскости в плоскость орбиты фрагмента мусора. Показано, что такой орбитальный перелет — это колебательный процесс с сильным затуханием. Затухание обеспечено несколькими включениями перспективного маршевого двигателя, тяга которого не меньше 20 000 Н, а удельный импульс топлива не ниже 15 000 м/с. Анализ динамики орбитального перелета выполнен численным интегрированием уравнений орбитального движения мусоросборщика и фрагмента мусора методом Рунге — Кутты четвертого порядка. Критерий пересечения плоскости целевой орбиты — изменение знака скалярного произведения вектора интеграла площадей орбиты фрагмента мусора и радиуса-вектора мусоросборщика. Учтена выработка топлива и несферичность гравитационного поля Земли по второй зональной гармонике. Приведен пример расчета. Даны оценки сходимости процедуры интегрирования по наклонению целевой орбиты и ее эксцентриситету.

Литература

[1] Баранов А.А., Гришко Д.А., Чернов Н.В. Облет низкоорбитальных объектов крупногабаритного космического мусора с их последовательным уводом на орбиту захоронения. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, № 4, с. 48–64, doi: 10.7463/0416.0838417

[2] Wen Q., Yang L., Zhao S., Fang Y., Wang Y. Removing small scale space debris using a hyb¬rid ground and space based laser system. International journal for light and electron optics, 2017, vol. 141, pp. 105–113, doi: 10.1016/j.ijleo.2017.05.075

[3] Баранов А.А., Лянко П.С., Олейников И.И. Баллистические аспекты задачи инспекции объектов низкоорбитальной области околоземного пространства с использованием прецессии плоскостей орбит. Космонавтика и ракетостроение, 2016, № 2(87), с. 120–126.

[4] Баранов А.А., Гришко Д.А. Баллистические аспекты облета крупногабаритного космического мусора на низких околокруговых орбитах. Известия Российской Академии Наук. Теория и системы управления, 2015, № 4, с. 143, doi: 10.7868/S0002338815040058

[5] Дегтярев Г.Л., Старостин Б.А., Файзутдинов Р.Н. Методы и алгоритмы планирования траекторий сборки мусора в околоземном пространстве. Аналитическая механика, устойчивость и управление. Тр. XI Междунар. Четаевской конф., Казань, 13–17 июня 2017, КНИТУ–КАИ, 2017, с. 199–208.

[6] Зеленцов В.В., Щеглов Г.А. Конструктивно-компоновочные схемы разгонных блоков. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 140 с.

[7] Лупяк Д.С., Радугин И.С. Массово-энергетические возможности средств межорбитальной транспортировки на основе жидкостных ракетных двигателей. Известия Российской Академии Наук. Энергетика, 2017, № 4, с. 116–128.

[8] Лупяк Д.С., Лакеев В.Н., Карабанов Н.А. Межорбитальный буксир на базе разгонного блока ДМ. Вестник НПО имени С.А. Лавочкина, 2012, № 3(14), с. 61–68.

[9] Kluever C.A. Optimal geostationary orbit transfers using onboard chemical-electric propulsion. Journal of spacecraft and rockets, 2012, vol. 49, no. 6, pp. 1174–1182, doi: https://doi.org/10.2514/1.A32213

[10] Храмов А.А. Анализ и оптимизация перелетов космических аппаратов между низкими околоземными орбитами с двигательными установками с накоплением энергии. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Самара, Самарский Государственный Технический Университет имени С.П. Королева, 2016. 16 с.

[11] Graham K.F., Rao A.V., Spencer D. Minimum-time trajectory optimization of multiple revolution low-thrust Earth-orbit transfers. Journal of spacecraft and rockets, 2015, vol. 52, no. 3, pp. 711–727, doi: 10.2514/1.A33187

[12] Латышев К.А., Сельцов А.И. Инженерный метод расчета некомпланарных перелетов космических аппаратов с низкой околоземной орбиты на геостационарную орбиты с малой тягой. Вестник НПО имени С.А. Лавочкина, 2013, № 1(17), с. 29–33.

[13] Петухов В.Г. Оптимизация траекторий космических аппаратов с электроракетными двигательными установками методом продолжения. Автореф. дис. … докт. техн. наук. Москва, МАИ, 2013. 31 с.

[14] Салмин В.В., Четвериков А.С. Выбор законов управления траекторным и угловым движением космического аппарата с ядерной электрореактивной двигательной установкой при некомпланарных межорбитальных перелетах. Известия Самарского научного центра Российской Академии Наук, 2013, № 6, с. 242–254.

[15] Крылов В.И. Основы теории движения ИСЗ (Часть вторая: возмущенное движение). Москва, Изд-во МИИГАиК, 2016. 67 с.

[16] Бордовицына Т.В., Авдюшев В.А. Теория движения искусственных спутников Земли. Аналитические и численные методы. Томск, Изд-во ТГУ, 2007. 178 с.

[17] Lapidus L., Seinfeld J.H. Numerical solution of ordinary differential equations. New York, London, Academic Press, 1971. 299 p.