Анализ эффективности использования электрореактивных двигателей для поддержания низкой орбиты малого космического аппарата

Рассмотрена задача поддержания плоских параметров рабочей орбиты малого космического аппарата с помощью электрореактивного двигателя малой тяги. На низких рабочих орбитах из-за наличия остаточной атмосферы Земли на космический аппарат действуют тормозящие аэродинамические силы, которые приводят к уменьшению радиуса орбиты и возможному прекращению полезного целевого функционирования. Проведен анализ временных параметров циклограммы поддержания рабочей орбиты малого космического аппарата с помощью электрореактивного двигателя малой тяги с учетом изменчивости плотности остаточной атмосферы. Циклограмма состоит из участков пассивного и активного движений под действием малой силы тяги. Для исследуемого объекта выбраны подходящие параметры силы тяги электрореактивного двигателя, позволяющие корректировать плоские параметры низкой орбиты. С использованием характеристик силы тяги и удельного импульса электрореактивного двигателя выполнена оценка затрат рабочего тела на коррекцию в течение длительного интервала времени. Результаты анализа показали эффективность применения электрореактивного двигателя с точки зрения затрат рабочего тела на коррекцию.

Литература

[1] Earth Observation Portal. Tacsat-2. URL: https://eoportal.org/web/eoportal/ satellite-missions/content/-/article/tacsat2 (дата обращения 15 февраля 2020).

[2] Известков И. Космические войска запустили европейский спутник Space forces launch European satellite. Новости космонавтики, 2009, т. 19, № 5(316), с. 38–42.

[3] About Super Low Altitude Test Satellite “TSUBAME” (SLATS). URL: https://global.jaxa.jp/projects/sat/slats (дата обращения 15 февраля 2020).

[4] Японский спутник установил рекорд. Необычный режим ионного двигателя The Japanese satellite set a record. Unusual ion engine mode. URL: https://naukatehnika.com/yaponskij-sputnik-ustanovil-rekord.html (дата обращения 15 февраля 2020).

[5] Киселев К.В., Медведиков И.А., Ходненко А.В., Хромов В.А., Шляконов Л.В. Результаты летных испытаний корректирующей двигательной установки с двигателем СПД-50 на борту космического аппарата типа «Канопус-В». Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2013, т. 137, с. 7–14.

[6] Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Шахматов Е.В, Ткаченко С.И., Горячкин О.В. Опытно-технологический малый космический аппарат «АИСТ-2Д». Самара, Изд-во СамНЦ РАН, 2017. 324 с.

[7] Салмин В.В., Волоцуев В.В., Шиханов С.В. Поддержание заданных орбитальных параметров космического аппарата с помощью двигателей малой тяги Spacecraft preset orbital parameters control by means of thrusters. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2013, № 4(42), с. 248–254.

[8] Дубошин Г.Н. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике Reference guide to celestial mechanics and astrodynamics. Москва, Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит., 1976. 864 с.

[9] Salmin V.V., Volotsuev V.V., Tkachenko S. I., Kaurov I.V. Improving the Efficiency of Earth Monitoring Missions by Equipping Small Spacecraft AIST-2 with Electric Propulsion. Procedia Engineering, 2017, vol. 185, pp. 198–204, doi: 10.1016/j.proeng.2017.03.300

[10] Salmin V.V., Volotsuev V.V., Safronov S.L, Tkachenko I.S., Raube S.S., Shikhanov S.V., Shikhanova E.G. Application of Electric Propulsion for Low Earth Orbit Station Keeping. Procedia Engineering, 2017, vol. 185, pp. 254–260, doi: 10.1016/j.proeng.2017.03.338

[11] ГОСТ Р 25645.166–2004. Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. Москва, Изд-во стандартов, 2004.

[12] Аншаков Г.П., Салмин В.В., Волоцуев В.В. Математические модели поддержания низкой орбиты космического аппарата с помощью электрореактивных двигателей с учетом ограничений по электропитанию Mathematical models for maintaining a low orbit of a spacecraft with the help of electrically reactive engines with allowance for power limitations. Информационные технологии и нанотехнологии. IV Междунар. конф. и молодежная школа, Самара, 24–27 апреля 2018, Самара, Новая техника, 2018, с. 2813–2820.

[13] Салмин В.В., Старинова О.Л., Волоцуев В.В., Петрухина К.В., Ткаченко И.С., Гоголев М.Ю., Четвериков А.С., Матерова И.Л. Оптимизация околоземных и межпланетных миссий космических аппаратов с электрореактивными двигательными установками. Труды МАИ, 2012, № 60. URL: https://mai.ru/upload/iblock/867/optimizatsiya-okolozemnykh-i-mezhplanetnykh-missiy-kosmicheskikh-apparatov-s-elektroreaktivnymi-dvigatelnymi-ustanovkami.pdf (дата обращения 5 февраля 2020).

[14] Салмин В.В., Васильев В.В. Выбор универсальных параметров двигателя малой тяги, предназначенного для поддержания орбиты спутника Земли. Космические исследования Cosmic Research, 1984, т. 22, № 6, с. 858–866.

[15] Лебедев В.Н. Расчет движения космического аппарата с малой тягой. Москва, АН СССР, 1968. 108 с.