Анализ и синтез движения аэродинамически стабилизированных космических аппаратов нанокласса формата CUBESAT
https://doi.org/10.17285/0869-7035.2018.26.3.069-091
Аннотация
Исследуется движение аэродинамически стабилизированных космических аппаратов нанокласса формата CubeSat. Отмечаются особенности поведения наноспутников на низких орбитах, обусловленные как влиянием атмосферы, так и присущими им массово-инерционными характеристиками. Срок существования наноспутников меньше, а угловое ускорение, порождаемое аэродинамическим моментом, значительно больше, чем у спутников с существенными размерами и массой. У наноспутников формата CubeSat возможно возникновение резонансных режимов движения, обусловленных присущим им форм-фактором прямоугольного параллелепипеда. Кроме того, существующие коммерческие пусковые устройства отделения наноспутников, как правило, порождают большие величины начальной угловой скорости, которые носят случайный характер.
В работе выявлены и проанализированы условия, порождающие особенности в движении такого класса космических аппаратов, предложен вероятностный подход к выбору их массовых и инерционных характеристик, исследованы проблемы стабилизации движения и сформированы рекомендации по формированию облика аэродинамически стабилизированного наноспутника формата CubeSat с пассивно-активной магнитной системой гашения колебаний.
Об авторах
И. В. Белоконов
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва
Россия
Россия
Белоконов Игорь Витальевич. Доктор технических наук, профессор, заведующий межвузовской кафедрой космических исследований.
Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».
И. А. Тимбай
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва
Россия
Россия
Тимбай Иван Александрович. Доктор технических наук, профессор, профессор межвузовской кафедры космических исследований.
Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».
П. Н. Николаев
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва
Россия
Россия
Николаев Петр Николаевич. Аспирант межвузовской кафедры космических исследований
Список литературы
1. Kirillin, A., Belokonov, I., Timbai, I., Kramlikh, A., Melnik, M., Ustiugov, E., Egorov, A., Shafran, S., SSAU Nanosatellite Project for the Navigation and Control Technologies Demonstration, Procedia Engineering, 2015, vol. 104, pp. 97–106.
2. Shakhmatov, E., Belokonov, I., Timbai, I., Ustiugov, E., Nikitin, A., Shafran, S., SSAU Project of the Nanosatellite SamSat-QB50 for Monitoring the Earth's Thermosphere Parameters, Procedia Engineering, 2015, vol. 104, pp. 139-146.
3. https://www.qb50.eu/.
4. Белецкий В.В. Движение искусственного спутника относительно центра масс. М.: Наука, 1965.
5. https://www.space-track.org.
6. ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры / Введ. 1981-02-27. М.: Изд- во стандартов. 1981. 181с.
7. Belokonov, I.V., Storozh, A.D., Timbay, I.A., Modes of motion of Soyuz orbital stage after payload separation at carrying out of the short-term research experiments, Advances in the Astronautical Sciences, 2012, vol. 145, pp. 99-107.
8. Belokonov, I., Kramlikh, A., Timbai, I., Lagno, O., Problems of satellite navigation and communications for nanosatellites launched as piggyback payload from the orbital stage of carrier rockets, Proceedings of 21st Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2014, pp. 407–415.
9. Belokonov, I.V., Kramlikh, A.V., Timbai, I.A., Low-orbital transformable nanosatellite: Research of the dynamics and possibilities of navigational and communication problems solving for passive aerodynamic stabilization, Advances in the Astronautical Sciences, 2015, vol. 153, pp. 383–397.
10. Юдинцев В.В. Динамика отделения наноспутника формата кубсат от транспортно-пускового контейнера // Полет. 2015. № 8–9. С. 10–15.
11. Ярошевский В.А. Движение неуправляемого тела в атмосфере. М.: Машиностроение, 1978.
12. Aslanov, V.S., Boiko, V.V., Nonlinear resonant motion of an asymmetrical spacecraft in the atmosphere, Cosmic Research, 1985, vol. 23(3), pp. 341–347.
13. Zabolotnov, Yu.М., Lyubimov, V.V., Application of the Method Integral of Manifolds for Construction of resonant Curves for the Problem of Spacecraft Entry into the Atmosphere, 2003, Cosmic Research, vol. 41 (5), pp. 453–459.
14. Platus, D.H., Angle of Attack Convergence Windward Meridian Rotation Rate of Rolling Re-Entry Vehicles, AIAA Journal, 1969, vol. 7, № 12. Deg., pp. 2324–2330.
15. Aslanov, V.S., Determination of the amplitude of three-dimensional oscillations of a ballistic vehicle with a small asymmetry during atmospheric entry, Cosmic Research, 1980, vol. 18 (2), pp. 141–146.
16. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Наука, 1974. 504 с.
17. Rawashdeh, S.A., and Lumpp, jr., J. E., et al., Aerodynamic Stability for CubeSats at ISS Orbit, JoSS, 2013, vol. 2, no.1, pp. 85–104.
18. Belokonov, I., Timbai, I., The Selection of the Design Parameters of the Aerodynamically Stabilized Nanosatellite of the CubeSat Standard, Procedia Engineering, 2015, vol. 104, pp. 88–96.
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. Овчинников М.Ю., Пеньков В.И., Ролдугин Д.С., Иванов Д.С. Магнитные системы ориентации малых спутников. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2016. 366 с.
21. https://gomspace.com/Shop/subsystems/solar-panels/p110-solar-panel.aspx.
22. Stickler, A.C., Alfriend, K.T., Elementary magnetic attitude control system, Journal of Spacecraft and Rockets, 1976, vol. 13, no. 5. рр. 282–287.
23. Stickler, A.C., A magnetic control system for attitude acquisition, Ithaco, Inc., Rep. N 90345, 1972.
24. Kramlikh, A.V., Melnik, M.E., Nikolaev, P.N., Attitude determination and stabilization algorithms of the SamSat-218D nanosatellite, Proceedings of 23rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2016, pp. 366–372.
25. Ovchinnikov, M.Yu., Ilyin, A.A., Kupriynova, N.V., Penkov, V.I., Selivanov, A.S., Attitude dynamics of the first Russian nanosatellite TNS-0, Acta Astronautica, 2007, vol. 61, issue 1–6, pp. 277–285.
26. Ovchinnikov, M., Attitude dynamics of a small-sized satellite equipped with hysteresis damper, Advances in the Astronautical Sciences, 2012, vol. 145, pp. 311–330.
27. Белоконов И.В., Иванов Д.С., Овчинников М.Ю., Пеньков В.И. Система демпфирования углового движения наноспутника SamSat-QB50 // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2015.
28. №59. 28 с.
Рецензия
Для цитирования:
Белоконов И.В., Тимбай И.А., Николаев П.Н. Анализ и синтез движения аэродинамически стабилизированных космических аппаратов нанокласса формата CUBESAT. Гироскопия и навигация. 2018;26(3):69-91. https://doi.org/10.17285/0869-7035.2018.26.3.069-091
For citation:
Belokonov I.V., Timbai I.A., Nikolaev P.N. Analysis and Synthesis of Motion of Aerodynamically Stabilized Nanosatellites of the CubeSat Design. Giroskopiya i Navigatsiya. 2018;26(3):69-91. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.2018.26.3.069-091
Просмотров:
0
Послать статью по эл. почте 