Моделирование движения спутника типа CubeSat с надувным тормозным устройством. Часть 2. Анализ теплового и напряженно-деформированного состояния оболочки тормозного устройства

Выполнен прочностной анализ надувной сферической оболочки тормозного устройства микроспутника типа CubeSat 1U при его спуске с высоты рабочей орбиты 500 км до верхних слоев атмосферы Земли. В процессе полета оболочка подвергается тепловому и силовому воздействиям. Для анализа их влияния на оболочку разработан подход, объединяющий взаимосвязанные процессы численного моделирования теплового и силового нагружений. Моделирование проведено с использованием программного комплекса Ansys Static Structural и Ansys Transient Thermal, а также аналитических методов расчета теплообмена с факторами космического пространства. По результатам исследования получены графические зависимости температуры и напряжений оболочки от высоты полета в процессе спуска. Они позволили проанализировать изменение запаса прочности оболочки, с помощью которого определена высота траектории, на которой происходит разрушение оболочки. Полученные результаты позволяют оценить потребность внесения конструктивных изменений в силовую схему оболочки.
EDN: XCLGSD, https://elibrary/xclgsd

Литература

[1] Крестина А.В., Ткаченко И.С., Волгин С.С. и др. Устройство аэродинамической системы увода малого космического аппарата с орбиты. Инженерный журнал: наука и инновации, 2022, № 1, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2022-1-2143

[2] Комар Л.А., Пелевин А.Г., Осоргина И.В. и др. Надувная антенна для наноспутника. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 2019, № 4, с. 16–25, doi: https://doi.org/10.7242/2658-705X/2019.4.2

[3] Allred R.E., Hoyt A.E., McElroy P.M. et al. UV rigidizable carbon-reinforced isogrid inflatable booms. 43rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conf., 2002, paper 2002-1202, doi: https://doi.org/10.2514/6.2002-1202

[4] Nakasuka S. Simple and small de–orbiting package for nano-satellites using an inflatable balloon. Trans. Jpn. Soc. Aeronaut. Space Sci., 2009, vol. 7, no. 26, pp. Tf31–Tf36, doi: https://doi.org/10.2322/tstj.7.Tf_31

[5] Резник С.В., Абрамова Е.Н. Ключевые вопросы создания надувных тормозных устройств для увода вышедших из строя спутников в плотные слои атмосферы. Часть 1. Проектный облик. Движение в разреженной атмосфере. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 5, с. 101–111, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2023-5-101-111

[6] Абрамова Е.Н. Методика выбора параметров надувного тормозного устройства малого космического аппарата. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023. 125 c.

[7] DuPont™ Kapton® HN. URL: https://marianinc.com/wp-content/uploads/2024/09/EI-10206-Kapton-HN-Data-Sheet.pdf (дата обращения: 20.01.2025).

[8] Степень черноты и коэффициенты поглощения солнечной радиации алюминием и сплавами. URL: https://www.ess-ltd.ru/elektro/stepen-chernoty-i-koefficienty-pogloscheniya-solnechnoy-radiacii-alyuminiem-i-splavami.html (дата обращения: 20.01.2025).

[9] White C., Borg M.K., Scanlon T.J. et al. DsmcFoam+: an OpenFOAM based direct simulation Monte Carlo solver. Comput. Phys. Commun., 2018, vol. 224, pp. 22–43, doi: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2017.09.030

[10] Голубев А.Г., Калугин В.Т., Луценко А.Ю. и др. Аэродинамика ракет. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023. 336 с.

[11] ГОСТ 4401–81. Атмосфера стандартная. Параметры. Москва, Изд-во стандартов, 2004. 165 с.

[12] Palharini R.C. Atmospheric reentry modelling using an open-source DSMC code. PhD thesis. University Of Strathclyde, 2014. 205 p.

[13] Allen C.W. Astrophysical quantities. Athlone Press, 1973. 320 p.

[14] Зарубин В.С., Зимин В.Н., Кувыркин Г.Н. Распределение температуры сферической оболочки космического калибровочно-юстировочного аппарата. Прикладная механика и техническая физика, 2017, т. 58, № 6, с. 149–157, doi: https://doi.org/10.15372/PMTF20170614

[15] Хегаб Т.М. Равновесное значение температуры спутника на низкой околоземной орбите. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 2. EDN: TSFDJP