Выбор проектных параметров наноспутника формата CubeSat с пассивной системой стабилизации
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0025
Аннотация
В вероятностной постановке исследуется динамика углового движения наноспутников формата CubeSat с пассивными системами стабилизации: аэродинамической, аэродинамически-гравитационной, гравитационной, гравитационно-аэродинамической. Рассмотрены два варианта законов распределения компонентов вектора начальной угловой скорости (равномерное и Рэлея). Для них получены аналитические функции распределения максимальных углов отклонения осей наноспутника от требуемых направлений (вектора орбитальной скорости и местной вертикали). Выведены формулы и построены номограммы для выбора проектных параметров (геометрических размеров, запаса статической устойчивости, моментов инерции), обеспечивающих на круговых орбитах требуемую ориентацию с заданной вероятностью.
Об авторах
И. В. Белоконов
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва (Самара).
Россия
Россия
Белоконов Игорь Витальевич. Доктор технических наук, профессор, заведующий межвузовской кафедрой космических исследований, действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением».
И. А. Тимбай
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва (Самара)
Россия
Россия
Тимбай Иван Александрович. Доктор технических наук, профессор межвузовской кафедры космических исследований, действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением».
Е. В. Баринова
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва (Самара).
Россия
Россия
Баринова Елена Витальевна. Кандидат технических наук, доцент межвузовской кафедры космических исследований
Список литературы
1. Белецкий В.В. Движение искусственного спутника относительно центра масс. М.: Наука, 1965.
2. Sarychev, V.A. and Ovchinnikov, M.Yu., Dynamics of a satellite with a passive aerodynamic orientation system, Kosm. Issled., 1994, vol. 32, no. 6, pp. 561–575.
3. Sarychev, V.A., Mirer, S.A., Degtyarev, A.A., Duarte, E.K., Investigation of equilibria of a satellite subjected to gravitational and aerodynamic torques, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2007. vol. 97. no. 4. pp. 267–287.
4. Sarychev, V.A., Gutnik, S.A., Satellite dynamics under the influence of gravitational and aerodynamic torques. A study of stability of equilibrium positions, 2016, Cosmic Research, vol. 54 (5), pp. 388–398.
5. Rawashdeh, S., Jones, D., Erb, D., Karam, A., Lumpp, Jr, J.E., Aerodynamic attitude stabilization for a ram-facing CubeSat. Advances in the Astronautical Sciences, 2009, vol. 133, pp. 583–595.
6. Samir, A. Rawashdeh and Lumpp, James E., Jr., et al., Aerodynamic Stability for CubeSats at ISS Orbit, JoSS, 2013, vol. 2, no. 1, pp. 85–104.
7. Samir, A. Rawashdeh, Attitude Analysis of Small Satellites Using Model-Based Simulation, International Journal of Aerospace Engineering, 2019, vol. 2019, Article ID 3020581 (11 pages).
8. Armstrong, J., Casey, G., Creamer, G., Dutchover, G., Pointing control for low altitude triple CubeSat space darts, 2009, in Proc. 23rd Annu. AIAA/USU Conf. Small Satellites, Logan, UT.
9. Chesi, S., Gong, Q., Romano, M., Aerodynamic Three-Axis Attitude Stabilization of a Spacecraft by Center-of-Mass Shifting, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, vol. 40, no. 7, pp. 1613–1626.
10. Chesi, S., Gong, Q., Romano, M., Satellite attitude control by center-of-mass shifting. Advances in the Astronautical Sciences, Advances in the Astronautical Sciences, 2014, vol. 150, pp. 2575–2594.
11. Psiaki, M. L., Nanosatellite attitude stabilization using passive aerodynamics and active magnetic torquing, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2004, vol. 27, no. 3, pp. 347–355.
12. Grassi M., Attitude determination and control for a small remote sensing satellite, Acta Astronautica, 1997, vol. 40, no. 9, pp. 675–681.
13. Lovera M., Astolfi A., Global magnetic attitude control of spacecraft in the presence of gravity gradient, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2006, vol. 42, no. 3. pp. 796–805.
14. Белоконов И.В., Тимбай И.А., Курманбеков М.С. Пассивная гравитационно-аэродинамическая стабилизация наноспутника // XXIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017. С. 412–415.
15. Белоконов И.В., Тимбай И.А., Давыдов Д.Д. Исследование возможности реализации пассивной трехосной стабилизации наноспутника на низких круговых орбитах // XXV Юбилейная Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2018. С. 369–372.
16. Белоконов И.В., Тимбай И.А., Николаев П.Н. Анализ и синтез движения аэродинамически стабилизированных космических аппаратов нанокласса формата CubeSat // Гироскопия и навигация. 2018. №3 (101). С. 69–91. DOI 10.17285/0869-7035.2018.26.3.069-091.
17. Белоконов И.В., Тимбай И.А., Давыдов Д.Д. Пассивные системы стабилизации наноспутников формата CubeSat: общие принципы и особенности построения // XXVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2019. С. 98–104.
18. ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры. Введ. 1981-02-27. М.: Изд-во стандартов. 1981. 181 с.
19. Евразийский патент на изобретение (21) 201400132 (13) A1. Способ аэродинамической стабилизации наноспутника класса CubеSat и устройство его осуществления (варианты), опубл. 30.07.2015 г. / И.В. Белоконов, И.А. Тимбай, Е.В. Устюгов.
20. Kirillin, A., Belokonov, I., Timbai, I., Kramlikh, A., Melnik, M., Ustiugov, E., Egorov, A., and Shafran, S., SSAU nanosatellite project for the navigation and control technologies demonstration, Procedia Engineering, 2015, vol. 104, pp. 97–106.
21. Shakhmatov, E., Belokonov, I., Timbai, I., Ustiugov, E., Nikitin, A., and Shafran, S., SSAU project of the nanosatellite SamSat-QB50 for monitoring the Earth’s thermosphere parameters, Procedia Engineering, 2015, vol. 104, pp. 139–146.
22. https://www.qb50.eu/.
23. https://www.space-track.org.
24. Belokonov, I., Timbai, I., and Nikolaev P., Approach for estimation of nanosatellite’s motion concerning of mass centre by trajectory measurements (IAA-B12-0703), 12th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation, Berlin, Germany, 6–10 May 2019 (https://web.tresorit.com/l#xb50seCuu9albxLzoVQdA).
Рецензия
Для цитирования:
Белоконов И.В., Тимбай И.А., Баринова Е.В. Выбор проектных параметров наноспутника формата CubeSat с пассивной системой стабилизации. Гироскопия и навигация. 2020;28(1):81-100. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0025
For citation:
Belokonov I.V., Timbai I.A., Barinova E.V. Design Parameters Selection for CubeSat Nanosatellite with a Passive Stabilization System. Giroskopiya i Navigatsiya. 2020;28(1):81-100. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.0025
Просмотров:
5
Послать статью по эл. почте 