Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Анализ динамики и управление движением вращающейся тросовой системы при перелете Земля – Марс

Авторы

^1,2Х. Лу, ²Ч. Ван, ¹Ю.М. Заболотнов

Организации

¹Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева
г. Самара, Российская Федерация
²Северо-западный политехнический университет
г. Сиань, Китайская Народная Республика

Аннотация

Рассматривается анализ динамики и управление движением вращающейся тросовой системы для межпланетной миссии на Марс. Космическая система состоит из двух космических аппаратов, соединенных тросом и имеющих реактивные двигатели для управления ее движением. Последовательно анализируется движение тросовой системы в сфере действия Земли, на межпланетном участке и в сфере действия Марса. На околоземной орбите рассматривается перевод системы во вращение с помощью реактивных двигателей, установленных на концевых космических аппаратах. Вращение системы используется для создания искусственной гравитации во время межпланетного перелета. Тросовая система вращается в плоскости, перпендикулярной плоскости орбитального движения центра масс системы. Для описания пространственного движения системы используется математическая модель, в которой трос представляется в виде совокупности материальных точек, соединенных вязкоупругими односторонними механическими связями. Космические аппараты рассматриваются как материальные точки. Уровень гравитации и вращение тросовой системы контролируется с помощью реактивных двигателей. Предлагается структура регулятора для управления угловой скоростью вращения тросовой системы. Приводятся результаты моделирования, подтверждающие эффективность предлагаемого алгоритма управления, обеспечивающего заданный уровень искусственной гравитации для рассматриваемой межпланетной миссии.

Ключевые слова

вращающаяся тросовая система, реактивный двигатель, искусственная гравитация, межпланетный перелет

Список литературы

[1] Циолковский К. Э. Путь к звездам. М. : АН СССР, 1960. 258 с.

[2] Clement G., Bukley A. Artificial Gravity. New York : Springer, 2007. 357 p.

[3] Frett T., Petrat G., van Loon J., Hemmersbach W., Anken R. Hypergravity Facilities in the ESA Ground-Based Facility Program – Current Research Activities and Future Tasks // Microgravity Science & Technology. 2016. vol. 28. no. 3. pp. 205–214.

[4] Van Pelt M. Space Tethers and Space Elevators. Springer Science & Business Media, 2009. 215 p.

[5] Осипов В. Г., Шошунов Н. Л. Космические тросовые системы: история и перспективы // Земля и Вселенная. 1998. № 4.

[6] Gou X., Li A., Tian H., Wang C., Lu H. Overload control of artificial gravity facility using spinning tether system for high eccentricity transfer orbits // Acta Astronautica. 2018. vol. 147. pp. 383–392.

[7] Martin K. M., Landau D. F., Longuski J. M. Method to maintain artificial gravity during transfer maneuvers for tethered spacecraft // Acta Astronautica. 2016. vol. 120. pp. 138–153.

[8] DeLuca L. T., Bernelli F., Maggi F., Tadini P., Pardini C., Anselmo L., Grassi M., Pavarin D., Francesconi A., Branz F., Chiesa S., Viola N., Bonnal C., Trushlyakov V., Belokonov I. Active space debris removal by a hybrid propulsion module // Acta Astronautica. 2013. vol. 91. pp. 20–33.

[9] Zabolotnov Yu. M. Dynamics of the Formation of a Rotating Orbital Tether System with the Help of Electro-thruster // Procedia engineering. 2017. vol. 185. pp. 261–266.

[10] Yang B., Tang S., Li S., Xia C. Manned Mars Exploration Concept Using Nuclear Thermal Propulsion System // Yuhang Xuebao – Journal of Astronautics. 2018. vol. 39. no. 11. pp. 1197–1208.

[11] Wei Y., Guo S., Zhao J., Cao W., Xu Y. Design Characteristic and Verification of Propulsion System of Chang’e-4 Probe // Hangtianqi Gongcheng – Spacecraft Engineering. 2019. vol. 28. no. 4. pp. 51–59.

Дополнительные сведения

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Государственного фонда естественных наук Китая в рамках научных проектов № 21-51-53001 и № 61803307.

Цитирование данной статьи

Лу Х., Ван Ч., Заболотнов Ю.М. Анализ динамики и управление движением вращающейся тросовой системы при перелете Земля – Марс // Космические аппараты и технологии. 2021. Т. 5. № 1. С. 27-34. doi: 10.26732/j.st.2021.1.03

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.