gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2017.25.3.032-048gyroscopy-318Research ArticleСтатьиВозможные технологии управления транспортными грузовыми кораблями «Прогресс» при проведении экспериментов в автономном полетеPossible Technologies of PROGRESS Transport Cargo Vehicle Control during Experiments in Free FlightБеляевМ. Ю.BelyaevM. Yu.

Беляев Михаил Юрьевич. Доктор технических наук, профессор, заместитель руководителя научно-технического центра, начальник отдела

МатвееваТ. В.MatveevaT. V.

Матвеева Татьяна Владимировна. Заместитель начальника отдела-начальник сектора

РулевД. Н.RulevD. N.

Рулев Дмитрий Николаевич. Кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник

ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва» (г. Королёв).РоссияS.P. Korolev Rocket and Space Corporation “Energia”, Korolev, Moscow RegionRussian Federation2017261120252533248Copyright © Беляев М.Ю., Матвеева Т.В., Рулев Д.Н., 20252025Беляев М.Ю., Матвеева Т.В., Рулев Д.Н.Belyaev M.Y., Matveeva T.V., Rulev D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/318

В программе Международной космической станции (МКС) используются российские транспортные грузовые корабли (ТГК) «Прогресс», которые после выполнения основных задач в составе МКС нередко обладают запасом ресурсов основных систем. Использование этих ресурсов для решения исследовательских задач в автономном полете ТГК после расстыковки со станцией увеличивает эффективность их работы, а также программы исследований на МКС в целом. Транспортные грузовые корабли могут применяться для проведения исследований в различных направлениях: отработка, тестирование и сертификация в полете различной аппаратуры, материалов, систем в интересах программ других КА; выполнение экспериментов в области изучения Земли при помощи дополнительно установленной аппаратуры; выполнение экспериментов в области микрогравитации с использованием особых возможностей ТГК; запуск микроспутников и зондов после расстыковки ТГК со станцией и выхода на определенную орбиту и др. 

Для выполнения исследований с помощью ТГК «Прогресс» были предложены новые эффективные технологии. Их использование потребовало разработки специальных методов управления. В работе рассматриваются данные технологии, а также некоторые из разработанных методов управления после расстыковки ТГК со станцией и выхода на определенную орбиту и др.

.

The International Space Station (ISS) project involves Russian PROGRESS transport cargo vehicles (TCV) which often keep residual resources of their basic systems after they have completed their main tasks in the ISS program. Utilization of these resources for research purposes during free flight of the TCV after its undocking from the station increases the efficiency of both the TCV operation and the ISS research program as a whole. Transport cargo vehicles can be used for investigations in various fields: in-flight tests, trials, validation and certification of various equipment, materials, and systems to the benefit other spacecraft programs; conducting the experiments within the framework of the Earth study using additionally installed equipment; experiments with microgravity taking into account specific capabilities of TCV; launch of small satellites and explorers after TCV undocking from the station and settling into specified orbit, etc. To perform investigations on the base of the PROGRESS transport cargo vehicles, new efficient technologies are proposed. These technologies required some specific methods of control to be developed. This paper addresses these technologies, as well as some of the developed control methods.

Транспортный грузовой корабль «Прогресс»технологии проведения экспериментовметоды управлениякосмические эксперименты.PROGRESS transport cargo vehicletechnologies of experimentsmethods of controlspace experiments.ReferencesМатвеева Т.В. Совместные операции транспортных кораблей и орбитальных станций // Полет. 2003. № 6. С. 55–60.Matveeva, T.V., Sovmestnye operatsii transportnykh korablei I orbital’nykh stantsii (Joint Operations of Transport Vehicles and Orbital Stations), Polet, 2003, No. 6, pp. 55–60.Беренов Н.К., Бранец В.Н., Евдокимов С.Н., Климанов С.И., Комарова Л.И., Микрин Е.А., Рыжков В.С., Самитов Р.М. Система управления спуском космического аппарата «Союз-ТМА» // Гироскопия и навигация. 2004. № 3. С. 5–13.Berenov, N.K., Branets, V.N., Evdokimov, S.N., Klimanov, S.I., Komarova, L.I., Mikrin, E.A., Ryzhkov, V.S., Samitov, R.M., Sistema upravleniya spuskom kosmicheskogo apparata “Soyuz-TMA” (Descent Control System for Spacecraft Soyuz-TMA), Giroskopiya i Navigatsiya, 2004, No. 3, pp. 5–13.Matveeva T.V., Belyaev M.Yu., Tsvetkov V.V. Challenges and Perspectives of Transport Cargo Vehicles Utilization for Performing Research in Free Flight. Acta Astronautica. 2014. 94. Р. 139–144.Matveeva T.V., Belyaev M.Yu., Tsvetkov V.V. Challenges and Perspectives of Transport Cargo Vehicles Utilization for Performing Research in Free Flight, Acta Astronautica, 2014, 94, pp. 139–144.http://www.americaspace.com/2016/01/14/dragon-cygnus-and-dream-chaser-all-awarded-nasacrs-2-space-station-resupply-contracts/.http://www.americaspace.com/2016/01/14/dragon-cygnus-and-dream-chaser-all-awarded-nasacrs-2-space-station-resupply-contracts/.Бойзелинк, Т., Ван Бавинхов К., Абрашкин В.И., Казакова А.Е., Сазонов В.В. Определение вращательного движения спутника «Фотон М-3» по данным бортовых измерений магнитного поля Земли // Космические исследования. 2010. Т. 48. № 3. С. 252–265.Beuselinck, Т., Van Bavinchove, C., Abrashkin, V.I., Kazakova, A.E., Sazonov, V.V., Opredelenie vrashchatel’nogo dvizheniya sputnika Foton M-3 po dannym bortovykh izmerenii magnitnogo polya Zemli (Determination of the Spacecraft Foton M-3 Attitude Motion on Measurements of the Earth Magnetic Field), Kosmicheskie Issledovaniya, 2010, vol. 48, No. 3, pp. 252–265.Абрашкин В.И., Воронов К.Б., Пияков А.В., Пузин Ю.Я., Сазонов В.В., Сёмкин Н.Д., Филиппов А.С., Чебуков С.Ю. Неуправляемое вращательное движение опытного образца малого космического аппарата «Аист» // Препринт Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. 2015. № 48. 36 с.Abrashkin, V.I., Voronov, K.B., Piyakov, A.V., Puzin, Yu.Ya., Sazonov, V.V., Semkin, N.D., Filippov, A.S., Chebukov, S.Yu., Neupravlyaemoe vrashchatel’noe dvizhenie opytnogo obraztsa malogo kosmicheskogo apparata “Aist” (Uncontrolled Rotational Motion of Prototype Model of Small Spacecraft Aist), Preprint, M.V. Keldysh Institude of Applied Mathematics, RAS, 2015, No. 48, 36 pages.Пат. 2583981. Российская Федерация, МПК В64G 1/10, B64G 1/16. Способ выведения спутника на заданную околоземную орбиту / Беляев М.Ю., Матвеева Т.В.; приор. 23.06.2014; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва»; опубл. 10.05.2016, Бюл. № 13.Belyaev, M.Yu., Matveeva T.V., Method of Putting a Satellite into the Desired Earth Orbit, RF Patent №2583981, 2016.Беляев М.Ю., Викельски М., Лампен М., Легостаев В.П., Мюллер У., Науманн В., Тертицкий Г.М., Юрина О.А. Технология изучения перемещения животных и птиц на Земле с помощью аппаратуры ICARUS на российском сегменте МКС // Космическая техника и технологии. 2015. № 3. С. 38–51.Belyaev, M.Yu., Wikelski, М., Lampen М., Legostaev, V.P., Mueller U., Naumann., W., Tertitskii G.M., Yurina, O.A., Tekhnologiya izucheniya peremeshcheniya zhivotnykh I ptits na Zemle s pomoshch’yu apparatury ICARUS na rossiiskom segmente MKS (Technique of Studying Migrations of Animals and Birds on the Earth Using ICARUS Equipment on the Russian Segment of ISS), Kosmicheskaya Tekhnika i Tekhnologii, 2015, No.3, pp. 38–51.Пат. 2567998. Российская Федерация, МПК В64В 1/32. Способ зондирования верхней атмосферы / Беляев М.Ю., Матвеева Т.В.; приор. 01.04.2014; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва»; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31.Belyaev, M.Yu., Matveeva T.V., Method of Upper Air Sounding, RF Patent №2567998, 2015.Mary L. Bowden. Deployment Devices. The Space Vehicle Mechanisms. Chapter 16. P. 495–542. Edited by Peter Conley, John Wiley & Sons, 1998.Mary L. Bowden, under edit. of Peter Conley, John Wiley & Sons, Deployment Devices, Chapter 16, The Space Vehicle Mechanisms, 1998, pp. 495–542.Белоконов И.В., Бондарь М.В., Кудрявцев А.И. Навигационное сопровождение развертывания тросовой системы на примере эксперимента YES2 во время полета КА «ФОТОН-М3» // Гироскопия и навигация. 2010. № 3 (70). С. 3–13.Belokonov, I.V., Bondar’, M.V., Kudryavtsev, A.I., Navigatsionnoe soprovozhdenie razvertyvaniya trosovoi sistemy na primere eksperimenta YES2 vo vremya poleta KA Foton-M3 (Navigational Support of Cable System Deployment by Example of YES2 Experiments during Flight of Spacecraft Photon-M3), Giroskopiya i Navigatsiya, 2010, No. 3 (70), pp. 3–13.Петров Б.Н., Бажинов И.К. (ред.) Навигационное обеспечение полета орбитального комплекса «Салют-6» – «Союз» – «Прогресс». М.: Наука, 1985.Petrov, B.N., Bazhinov, I.K., (edit.) Navigatsionnoe obespechenie poleta orbitalnogo kompleksa “Salyut-6” – “Soyuz” – “Progress” (Flight Navigational Support of Orbital Complex Salyut-6 – Soyuz – Progress), Nauka, Moscow, 1985.Пат. 2587763. Российская Федерация, МПК В64G 1/62, B64G 1/36, В64G 1/26. Способ управления спуском космического аппарата при проведении наблюдений / Матвеева Т.В., Беляев М.Ю., Рулев Д.Н.; приор. 18.07.2014; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П.Королёва»; опубл. 20.06.2016, Бюл. № 17.Matveeva, T.V., Belyaev, M.Yu., Rulev, D.N., Patent RF 2587763, 2016.Муртаф Б. Современное линейное программирование. М.: Мир, 1984.Murtaf, B. Sovremennoe Lineinoe Programmirovanie (Modern Linear Programming), Mir, Moscow, 1984.Беляев М.Ю., Легостаев В.П., Матвеева Т.В., Монахов М.И., Рулев Д.Н., Сазонов В.В. Отработка методов проведения экспериментов в области микрогравитации в автономном полете грузового корабля «Прогресс М-20М» // Космическая техника и технологии. 2014. № 3. С. 22–32.Belyaev, M.Yu., Legostaev, V.P., Matveeva, T.V., Monakhov, M.I., Rulev, D.N., Sazonov, V.V., Otrabotka metodov provedeniya eksperimentov v oblasti mikrogravitatsii v avtonomnom polete gruzovogo korablya “Progress M-20M” (Optimization of Microgravitation Experiment Methods during Autonomous Flight of Cargo Vehicle Progress M-20M), Kosmicheskaya Tekhnika i Tekhnologii, 2014, No. 3, pp. 22–32.Беляев М.Ю., Брюханов Н.А., Цветков В.В., Бабкин Е.В., Матвеева Т.В., Сазонов В.В. Экспериментальное исследование режимов неуправляемого вращательного движения КА «Прогресс» // Космические исследования. 2006. Т. 44. № 1. С. 52–61.Belyaev, M.Yu., Bryukhanov, N.A., Tsvetkov, V.V., Babkin, E.V., Matveeva, T.V., Sazonov, V.V., Eksperimental’noe issledovanie rezhimov neupravlyaemogo vrashchatel’nogo dvizheniya KA “Progress” (Experimental Research of Uncontrolled Rotational Motion Modes of Spacecraft Progress), Kosmicheskie Issledovaniya, 2006, vol. 44, No. 1, pp. 52–61.Беляев М.Ю., Матвеева Т.В., Монахов М.И., Сазонов В.В., Цветков В.В. Определение вращательного движения кораблей «Прогресс» по данным измерений угловой скорости и токосъема с солнечных батарей // Препринт Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. 2012. № 39. 36 с.Belyaev, M.Yu., Matveeva, T.V., Monakhov, M.I., Sazonov, V.V., Tsvetkov, V.V., Opredelenie vrashchatel’nogo dvizheniya korablei “Progress” po dannym uglovoi skorosti i tokos’’ema s solnechnykh batarei (Determining Rotational Motion of Progress Vehicles Based on Angular Rate and Current Collection from Solar Cell Batteries), Preprint, M.V. Keldysh Institute of Applied mathematics, RAS, 2012, No. 39, 36 pages.Пат. 2457158. Российская Федерация, МПК В64G 1/24, В64G 1/44. Способ управления ориентацией космического аппарата с неподвижными панелями солнечных батарей при выполнении экспериментов на орбитах с максимальной длительностью теневого участка /Беляев М.Ю., Брюханов Н.А., Бабкин Е.В., Матвеева Т.В., Сазонов В.В., Цветков В.В.; приор. 22.09.2010; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П.Королёва»; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21.Belyaev, M.Yu., Bryukhanov, N.A., Babkin, E.V., Matveeva, T.V., Sazonov, V.V., Tsvetkov, V.V., Attitude Control of Space Vehicle with Fixed Photo-Voltaic Arrays During Experiments on Orbits with Maximum Orbital Eclipse Period, RF Patent №2457158, 2012.Пат. 2581281. Российская Федерация, МПК В64G 1/24, В64G 1/66, G05D 13/00. Способ управления ориентацией космического аппарата при проведении экспериментов с научной аппаратурой по изучению конвекции / Беляев М.Ю., Матвеева Т.В.; приор. 01.04.2014; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П.Королёва»; опубл. 20.04.2016, Бюл. № 11.Belyaev, M.Yu., Matveeva, T.V., Attitude Control of Space Vehicle During Experiments with Scientific Gear for Studying Convection Process, RF Patent №2581281, 2016.Пат. 2587663. Российская Федерация, МПК G01М 1/10, В64G 1/28, В64G 1/44. Способ определения тензора инерции космического аппарата / Матвеева Т.В., Беляев М.Ю., Сазонов В.В.; приор. 30.10.2014; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П.Королёва»; опубл. 20.06.2016, Бюл. № 17.Matveeva, T.V., Belyaev, M.Yu., Method of Determining Tensor of Space Vehicle Inertia, RF Patent №2587663, 2016.Пат. 2562904. Российская Федерация, МПК В64G 1/44. Способ управления ориентацией космического аппарата с неподвижными панелями солнечных батарей при выполнении экспериментов / Беляев М.Ю., Рулев Д.Н., Монахов М.И., Матвеева Т.В., Сазонов В.В.; приор. 06.02.2014; патентообладатель ПАО «РКК «Энергия» им. С.П.Королёва»; опубл. 10.09.2015, Бюл. № 25.Belyaev M.Yu., Rulev, D.N., Monakhov, M.I., Matveeva, T.V., Sazonov, V.V., Attitude Control of Space Vehicle with Fixed Photo-Voltaic Arrays During Experiments, RF Patent №2562904, 2015.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.