Анализ динамики лазерной 2D-резки крупногабаритного объекта космического мусора в невесомости

Рассмотрены два независимых объекта, совершающих движение по околоземной орбите. Первый из них представляет собой крупногабаритный объект космического мусора, содержащий фрагменты, подлежащие извлечению с целью повторного использования. Второй объект — космический мусоросборщик с лазером, мощность которого достаточна для разрушения любого элемента конструкции объекта коcмического мусора за бесконечно малое время. Время включения и выключения лазерного луча принято бесконечно малым. Предполагалось, что объекты движутся по близким траекториям, разница скоростей их движения мала. Объект космического мусора защищает себя от резки закручиванием (путем включения двигателей ориентации). Для анализа динамики лазерной резки объекта космического мусора в невесомости применен метод частиц. В 2D-постановке режущий луч заменялся режущей точкой. Главное в работе — не обеспечение соответствия расчетной модели реальному изделию, а формулировка условий резки (деактивации) связей между частицами. В условиях невесомости опоры нет, прицеливание затруднено, поэтому использована хаотичная резка по площадям. Для обеспечения целостности вырезаемых фрагментов мусора их окружали виртуальными окружностями. Положение окружностей отслеживалось. Как только режущая точка попадала внутрь окружности, лазер мгновенно отключался.

Литература

[1] Леонов А.Г., Зеленцов Вл.В., Щеглов Г.А. Космические аппараты утилизации космического мусора. Москва, Изд-во ВПК «НПО машиностроения», 2019. 48 с.

[2] Аполлонов В.В. Лазерное оружие: проблемы и перспективы. Путь науки, 2016, № 2(24), с. 33–41.

[3] Бойтлер Б. Система для лазерной резки деталей лазерным лучом с переменной скоростью резания. Пат. RU2516155С2 РФ, 2014, бюл. № 14, 27 с.

[4] Борисов М.В. Объемная лазерная резка корпуса электропневматического клапана ЭПК-150И. Молодежный научно-технический вестник, 2013, № 5. URL: http://ainsnt.ru/doc/568965.html (дата обращения 26 июля 2020).

[5] Витшас А.А., Зеленцов А.Г., Лопота В.А., Менахин В.П., Панченко В.П., Сорока А.М. Особенности прецизионной резки щелевых отверстий большого калибра излучением одномодового волоконного лазера. Доклады Академии Наук РАН, 2014, т. 454, № 4, с. 399, doi: 10.7868/S0869565214040136

[6] Jung K.-W., Kawahito Y., Katayama S. Ultra-high speed disk-laser cutting of carbon-fiber reinforced plastics. Journal of Laser Applications, 2012, vol. 24, no. 1, 012007, doi: 10.2351/1.3673521

[7] Finger J., Weinand M., Wortmann D. Ablation and cutting of carbon-fiber reinforced plastics using picosecond pulsed laser radiation with high average power. Journal of Laser Applications, 2013, vol. 25, no. 4, p. 042007, doi: 10.2351/1.4807082

[8] Горский В.В., Евдокимов И.М., Реш В.Г. Расчетно-теоретическое исследование влияния скорости лазерной резки стеклопластика на термическое состояние материала. Инженерный журнал: наука и инновации, 2012, № 2(2). URL: http://www.engjournal.ru/catalog/mathmodel/material/55.html, doi: 10.18698/2308-6033-2012-2-55

[9] Горский В.В., Евдокимов И.М., Запривода А.В., Реш В.Г. Ослабление радиационного теплового потока парами материала при лазерной резке стеклопластика. Теплофизика высоких температур, 2014, т. 52, № 1, с. 139, doi: 10.7868/S0040364413060136

[10] Кондратенко В., Зобов А., Наумов А., Лу-Хунг Ту. Технология прецизионной лазерной резки сапфировых пластин. Фотоника, 2015, № 2(50), с. 42–53.

[11] Костромин С.В. Особенности лазерной резки порошковых металлических материалов. Современные инновации в науке и технике. Сб. науч. тр. 4-ой Междунар. науч.-практической конф., Курск, 17 апреля 2014, Курск, Университетская книга, 2014, с. 281–284.

[12] Минаев И.В., Сергеев Н.Н., Тихонова И.В., Гвоздев А.Е., Хонелидзе Д.М., Голышев И.В. Влияние параметров лазерной резки на качество поверхности реза стальных листов. Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2014, № 3, с. 50–58.

[13] Николаев Д.А., Черныш И.А., Шкундин С.З., Стучилин В.В. Разработка аппаратно-программного комплекса (АПК) для лазерной резки и гравировки полимерных материалов. Научный вестник Московского государственного горного университета, 2011, № 7, с. 92–100.

[14] Syam W.P., Bansal P., Benardos P., Britchford E., Hopkinson A., Voisey K.T., Branson D.T. Image processing algorithm to determine an optimized 2D laser cutting trajectory. Proceedings of the 25th International Conference on Automation and Computing, Lancaster, United Kingdom, 5–7 September 2019, no. 19136767, doi: 10.23919/ConAC.2019.88955106

[15] Xebing Xy, Jun Hu, Wencai Wu. Optimization of the 3D laser cutting-head orientation based on the minimum energy consumption. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2014, vol. 74, pp. 1283–1291, doi: 10.1007/s00170-014-6080-4

[16] Gao J., Pashkevich A., Caro S. Manipulator motion planning in redundant robotic system for fiber placement process. New Trends in Mechanism and Machine Science. Mechanisms and Machine Science, Springer, Cham, 2016, vol. 43, doi: 10.1007/978-3-319-44156-6_25

[17] Сомов Е.И., Бутырин С.А., Сомов С.Е. Управление космическим роботом-манипулятором при встрече и механическом захвате пассивного спутника. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2018, т. 20, № 6, с. 202–209.

[18] Сомов Е.И., Бутырин С.А., Сомов С.Е., Сомова Т.Е. Нелинейный анализ долговременного движения пассивного спутника на солнечно-синхронной орбите и его механического захвата космическим роботом. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2019, т. 21, № 1, с. 136–144.

[19] Титов А.М. Определение параметров кватерниона ориентации космического аппарата при фиксированном объеме измерений и последовательной оценке. Космонавтика и ракетостроение, 2018, № 3(102), с. 5–21.

[20] Ахрамович С.А., Малышев В.В., Старков А.В. Математическая модель движения беспилотного летательного аппарата в бикватернионной форме. Полет. Общероссийский научно-технический журнал, 2018, № 4, с. 9–20.