gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»HTNTGTgyroscopy-78Research ArticleСтатьиИсследование возможности создания лунной навигационной спутниковой системы и лунной орбитальной базы на основе высоких круговых орбит искусственных спутников ЛуныStudy of the Possibility to Develop a Lunar Navigation Satellite System and a Lunar Orbital Base Using the High Circular Orbits of Artificial Moon Satellitehttps://orcid.org/0000-0003-1884-1054ИвашкинВ. В.IvashkinV. V.

Ивашкин Вячеслав Васильевич. Доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, отдел 5 «Механика космического полета и управление движением»

Москва

Moscow 

https://orcid.org/0009-0000-1962-4831ГордиенкоЕ. С.GordienkoE. S.

Гордиенко Евгений Сергеевич. Кандидат технических наук, математик 1 категории, отдел баллистики и навигации

Химки, Московская обл. 

Khimki

ИПМ им. М.В. Келдыша РАНРоссияKeldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of SciencesRussian FederationАО «НПО Лавочкина»РоссияLavochkin Science and Production Association, JSCRussian Federation20232005202531189102Copyright © Ивашкин В.В., Гордиенко Е.С., 20252025Ивашкин В.В., Гордиенко Е.С.Ivashkin V.V., Gordienko E.S.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/78

В статье рассматриваются вопросы создания лунной навигационной спутниковой системы и лунной орбитальной базы на основе высоких околокруговых орбит искусственных спутников Луны с использованием российских средств выведения. Исследуются две задачи построения лунной орбитальной системы для навигационного обеспечения предстоящего освоения Луны. Приведены результаты анализа орбитальной эволюции космического аппарата (КА) при движении в реальном поле Луны под влиянием гравитационных возмущений. Показано, что высокие полярные околокруговые орбиты вокруг Луны способны сохранять свою форму в течение длительного времени. Рассмотрена задача выведения КА на такие орбиты с использованием нескольких схем выведения. Проанализирована конфигурация лунной навигационной спутниковой системы, иллюстрирующая принципиальную возможность ее построения, а также создания лунной орбитальной базы на основе использования спутников, расположенных на высоких околокруговых орбитах вокруг Луны, с выведением их ракетами-носителями.

The paper discusses the development of a lunar navigation satellite system and a lunar orbital base, based on high near-circular orbits of an artificial Moon satellite and using Russian launch vehicles. Two tasks are studied within a complex problem of a lunar orbital system construction for the navigation support during future development of the Moon. The results of analysis of a spacecraft orbital evolution while moving in the real field of the Moon under the effect of gravitational perturbations are presented. It is shown that the high polar near-circular orbits around the Moon can retain their shape for a long time. Spacecraft launching to such orbits using a few launch scenarios is considered. Possible configuration of the lunar navigation satellite system is analyzed to illustrate the fundamental possibility of constructing such a navigation system and a lunar orbital base, based on high near-circular orbits around the Moon and using the launch vehicles of Soyuz family.

космический аппаратлунная навигационная спутниковая системалунная орбитальная базавысокие орбиты спутника Луныполярные орбитыгравитационные возмущенияspacecraftlunar navigation satellite systemlunar orbital basehigh orbits of the Moon satellitepolar orbitsgravitational perturbationsReferencesStadter, P.A. et al., Confluence of navigation, communication and control in distributed spacecraft systems. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2002, 17, 5, pp. 26–32.Stadter, P.A. et al., Confluence of navigation, communication and control in distributed spacecraft systems. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2002, 17, 5, pp. 26–32.Stadter, P.A. et al., A scalable small-spacecraft navigation and communication infrastructure for lunar operations, Proc. IEEE 2005 Aerospace Conference, March 2005, 595–600, pp. 5–12.Stadter, P.A. et al., A scalable small-spacecraft navigation and communication infrastructure for lunar operations, Proc. IEEE 2005 Aerospace Conference, March 2005, 595–600, pp. 5–12.Stadter, P.A., Sharer, P.J., Kantsiper, B.L., DeBoy, C., Finnegan, E.J., Napolillo, D., Duven, D.J., Kirby, K.W., Gramling, J.J., Lunar Navigation and Communication System Implementation Concept, IEEE Aerospace Conference, 2007, 193, doi: 10.1109/AERO.2007.352927 .Stadter, P.A., Sharer, P.J., Kantsiper, B.L., DeBoy, C., Finnegan, E.J., Napolillo, D., Duven, D.J., Kirby, K.W., Gramling, J.J., Lunar Navigation and Communication System Implementation Concept, IEEE Aerospace Conference, 2007, 193, doi: 10.1109/AERO.2007.352927 .Hamera, K., Mosher, T., Gefreh, M., Paul, R., Slavkin, L., and Trojan, J., An Evolvable Lunar Communication and Navigation Constellation Concept, IEEE Aerospace Conference, 2008, pp. 1–20, doi: 10.1109/AERO.2008.4526326.Hamera, K., Mosher, T., Gefreh, M., Paul, R., Slavkin, L., and Trojan, J., An Evolvable Lunar Communication and Navigation Constellation Concept, IEEE Aerospace Conference, 2008, pp. 1–20, doi: 10.1109/AERO.2008.4526326.Christian, J.A., Autonomous Navigation System Performance in the Earth-Moon System, AIAA 2013- 5496. AIAA SPACE 2013 Conference and Exposition, September 2013.Christian, J.A., Autonomous Navigation System Performance in the Earth-Moon System, AIAA 2013- 5496. AIAA SPACE 2013 Conference and Exposition, September 2013.Llop, J.V., Autonomous optical navigation for orbits around Earth–Moon collinear libration points, Acta Astronautica, 2013, vol. 86, pp. 119–125, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.01.007.Llop, J.V., Autonomous optical navigation for orbits around Earth–Moon collinear libration points, Acta Astronautica, 2013, vol. 86, pp. 119–125, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.01.007.Youtao Gao, Tanran Zhao, Bingyu Jin, Junkang Chen, and Bo Xu, Autonomous Orbit Determination for Lagrangian Navigation Satellite Based on Neural Network Based State Observer, Hindawi International Journal of Aerospace Engineering, volume 2017, article ID 9734164, 10 p., https://doi.org/10.1155/2017/9734164.Youtao Gao, Tanran Zhao, Bingyu Jin, Junkang Chen, and Bo Xu, Autonomous Orbit Determination for Lagrangian Navigation Satellite Based on Neural Network Based State Observer, Hindawi International Journal of Aerospace Engineering, volume 2017, article ID 9734164, 10 p., https://doi.org/10.1155/2017/9734164.Wang, H., Zhou, Q., Liu, X., and Yang, Y., An Autonomous Navigation Method for Libration Point Satellites, Chinese Control Conference (CCC), 2019, pp. 4208–4211, doi: 10.23919/ChiCC.2019.8866082.Wang, H., Zhou, Q., Liu, X., and Yang, Y., An Autonomous Navigation Method for Libration Point Satellites, Chinese Control Conference (CCC), 2019, pp. 4208–4211, doi: 10.23919/ChiCC.2019.8866082.Jun, W., Cheung, K.-M., Milton, J., Lee, C., and Lightsey, G., Autonomous Navigation for Crewed Lunar Missions with DBAN,IEEE Aerospace Conference, 2020, pp. 1–13, doi: 10.1109/AERO47225.2020.9172522.Jun, W., Cheung, K.-M., Milton, J., Lee, C., and Lightsey, G., Autonomous Navigation for Crewed Lunar Missions with DBAN,IEEE Aerospace Conference, 2020, pp. 1–13, doi: 10.1109/AERO47225.2020.9172522.Bradley, N., Olikara, Z., Bhaskaran, Sh., and Young, B., Cislunar Navigation Accuracy Using Optical Observations of Natural and Artificial Targets, Journal of Spacecraft and Rockets, 2020, 57:4, 777–792.Bradley, N., Olikara, Z., Bhaskaran, Sh., and Young, B., Cislunar Navigation Accuracy Using Optical Observations of Natural and Artificial Targets, Journal of Spacecraft and Rockets, 2020, 57:4, 777–792.Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований / под ред. Полищук Г.М., Пичхадзе К.М. М.: Изд. МАИ-ПРИНТ, 2010. 660 с.Автоматические космические аппараты для фундаментальных и прикладных научных исследований / под ред. Полищук Г.М., Пичхадзе К.М. М.: Изд. МАИ-ПРИНТ, 2010. 660 с.Eneev, T.M., Ivashkin, V.V., Sharov, V.A., Bagdasaryan, Ju.V., Space Autonomous Navigation System of Soviet Project for Manned Fly By Moon, Acta Astronautica, AA-D-09-00042, 2010, doi: 10.1016/j.actaastro; 2009, 07001, vol. 66, 2010, pp. 341–347.Eneev, T.M., Ivashkin, V.V., Sharov, V.A., Bagdasaryan, Ju.V., Space Autonomous Navigation System of Soviet Project for Manned Fly By Moon, Acta Astronautica, AA-D-09-00042, 2010, doi: 10.1016/j.actaastro; 2009, 07001, vol. 66, 2010, pp. 341–347.Болкунов А.И., Сердюков А.И., Игнатович Е.И., Балашова Н.Н., Синцова Л.Н., Золкин И.А. Выбор орбитальной группировки для лунной информационно-навигационной обеспечивающей системы // Технический журнал «Полет». 2012. № 3. С. 52–59.Болкунов А.И., Сердюков А.И., Игнатович Е.И., Балашова Н.Н., Синцова Л.Н., Золкин И.А. Выбор орбитальной группировки для лунной информационно-навигационной обеспечивающей системы // Технический журнал «Полет». 2012. № 3. С. 52–59.Микрин Е.А., Михайлов М.В., Орловский И.В., Рожков С.Н., Краснопольский И.А. Спутниковая навигация окололунных космических аппаратов и объектов на поверхности Луны // Гироскопия и навигация. 2019. Т. 27. №1. С. 22–32.Микрин Е.А., Михайлов М.В., Орловский И.В., Рожков С.Н., Краснопольский И.А. Спутниковая навигация окололунных космических аппаратов и объектов на поверхности Луны // Гироскопия и навигация. 2019. Т. 27. №1. С. 22–32.Основы теории полета космических аппаратов / под редакцией Г.С. Нариманова, М.К. Тихонравова. М.: Машиностроение, 1972. 610 с.Основы теории полета космических аппаратов / под редакцией Г.С. Нариманова, М.К. Тихонравова. М.: Машиностроение, 1972. 610 с.Ивашкин В.В. Оптимизация космических маневров при ограничениях на расстояния до планет. М.: Наука, 1975. 392 с.Ивашкин В.В. Оптимизация космических маневров при ограничениях на расстояния до планет. М.: Наука, 1975. 392 с.Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В., Симонов А.В. Анализ устойчивости орбит искусственных спутников Луны и выбор конфигурации лунной спутниковой системы // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2014. № 4 (34). С. 40–54.Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В., Симонов А.В. Анализ устойчивости орбит искусственных спутников Луны и выбор конфигурации лунной спутниковой системы // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2014. № 4 (34). С. 40–54.Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В., Симонов А.В., Розин П.Е. Анализ траекторий выведения космического аппарата на высокие круговые орбиты искусственного спутника Луны // Космические исследования. 2022. Т. 60. №3. С. 1–11.Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В., Симонов А.В., Розин П.Е. Анализ траекторий выведения космического аппарата на высокие круговые орбиты искусственного спутника Луны // Космические исследования. 2022. Т. 60. №3. С. 1–11.Багров А.В., Дмитриев А.О., Леонов В.А., Москатиньев И.В., Сысоев В.К., Ширшаков А.Е. Построение лунной навигационной системы на базе космических аппаратов АО «НПО Лавочкина» // Космическая техника и технологии. 2019. №4 (27). С. 12–26.Багров А.В., Дмитриев А.О., Леонов В.А., Москатиньев И.В., Сысоев В.К., Ширшаков А.Е. Построение лунной навигационной системы на базе космических аппаратов АО «НПО Лавочкина» // Космическая техника и технологии. 2019. №4 (27). С. 12–26.Чеботарев В.Е., Кудымов В.И., Звонарь В.Д., Внуков А.А., Владимиров А.В. Концепция окололунной навигации // Исследования наукограда. 2014. №4. С. 14–20.Чеботарев В.Е., Кудымов В.И., Звонарь В.Д., Внуков А.А., Владимиров А.В. Концепция окололунной навигации // Исследования наукограда. 2014. №4. С. 14–20.Folkner, W.M., Williams, J.G., Boggs, D.H., The Planetary and Lunar Ephemeris DE 421, 2009, JPL IOM 343R-08-003.Folkner, W.M., Williams, J.G., Boggs, D.H., The Planetary and Lunar Ephemeris DE 421, 2009, JPL IOM 343R-08-003.Гордиенко Е.С., Худорожков П.А. К вопросу выбора рациональной траектории полета к Луне // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2016. № 1. С. 15–25.Гордиенко Е.С., Худорожков П.А. К вопросу выбора рациональной траектории полета к Луне // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2016. № 1. С. 15–25.Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В. Использование трехимпульсного перехода для выведения космического аппарата на орбиты искусственного спутника Луны // Космические исследования. 2017. Т. 55. №3. С. 207–217.Гордиенко Е.С., Ивашкин В.В. Использование трехимпульсного перехода для выведения космического аппарата на орбиты искусственного спутника Луны // Космические исследования. 2017. Т. 55. №3. С. 207–217.Муртазин Р.Ф. Эффективное выведение космического аппарата на высокую круговую окололунную орбиту // Космонавтика и ракетостроение. 2019. №3 (108). С. 5–12.Муртазин Р.Ф. Эффективное выведение космического аппарата на высокую круговую окололунную орбиту // Космонавтика и ракетостроение. 2019. №3 (108). С. 5–12.

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