Spacecraft Transfer Optimization with Releasing the Additional Fuel Tank and the Booster to the Earth Atmosphere

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Acesso é pago ou somente para assinantes

Resumo

This paper considers the idea of reducing the debris of near-Earth space by releasing the spent parts of a spacecraft on orbits touching the conditional boundary of the Earth’s atmosphere. We optimize the spacecraft transfer trajectory from a circular reference orbit of an artificial Earth satellite to a target elliptical orbit in a modified pulse problem statement. The convergence of Newton’s method is improved by introducing a series of auxiliary coordinate systems at each point of applying an impulse action. The derivatives in the transversality conditions are calculated using a special numerical-analytical differentiation technique.

Sobre autores

I. Grigor'ev

Moscow State University

Email: iliagri@yandex.ru
Moscow, Russia

A. Proskuryakov

Moscow State University

Autor responsável pela correspondência
Email: ap_91@mail.ru
Moscow, Russia

Bibliografia

  1. Шустов Б.М., Рыхлова Л.В., Кулешов Ю.П. и др. Концепция системы противодействия космическим угрозам: астрономические аспекты // Астрономический вестник. 2013. Т. 47. № 4. С. 327-340.
  2. Kessler D., Cour-Palais B. Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt // J. Geophys. Res. 1978. V. 83. P. 2637-2646.
  3. Лаврентьев В.Г., Олейников И.И., Червонов А.М. Основные аспекты мониторинга техногенного состояния околоземного космического пространства для обеспечения безопасности космической деятельности // Механика, управление и информатика. 2015. Т. 7. № 1(54). C. 216-228.
  4. Логинов С.С., Назаров Ю.П., Юраш В.С., Яковлев М.В. Проектирование системы информационного мониторинга в целях предотвращения техногенного засорения околоземного космического пространства // Космонавтика и ракетостроение. 2014. № 4(77). C. 145-150.
  5. Бордовицына Т.В., Александрова А.Г., Чувашов И.Н. Численное моделирование динамики околоземных космических объектов искусственного происхождения с использованием параллельных вычислений // Вестн. Томск. гос. ун-та. 2011. № 4(16). C. 34-48.
  6. Трушкова Е.А., Матвеев Г.А. Оптимизация процесса обнаружения орбит новых космических объектов с помощью параллельного расчета возможных орбит // Программные продукты и системы. 2015. № 3. C. 80-87.
  7. Молотов И.Е., Воропаев В.А., Юдин А.Н. и др. Комплексы электронно-оптических средств для мониторинга околоземного космического пространства // Экологический вестн. науч. центров черномор. эконом. сотрудничества. 2017. № 4-2. C. 110-116.
  8. Космический мусор. Кн. 2. Предупреждение образования космического мусора / Под науч. ред. Райкунова Г.Г. М.: Физматлит, 2014.
  9. Juergen S., Bischof B., Foth W.-O., Gunter J.-J. ROGER a potential orbital space debris removal system [Electronic resource]. URL: http://adsabs.harvard.edu/abs/2010cosp.. 38.3935S (accessed 28.05.2022)
  10. Guang Zhai, Yue Qiu, Bin Liang, Cheng Li. On-orbit capture with flexible tether-net system // Acta Astronautica. 2009. No. 69, P. 613-623.
  11. Юдинцев В.В. Динамика захвата сетью вращающегося объекта - космического мусора // Вестн. моск. авиац. ин-та. 2018. Т. 25. № 4. С. 37-48.
  12. Савельев Б.И. Многоразовый космический аппарат-буксир для уборки космического мусора // Патент № 2510359. Российская Федерация. 2014. Бюллетень № 9.
  13. Dudziak R., Tuttle S., Barraclough S. Harpoon technology development for the active removal of space debris // Advances in Space Research. 2015. V. 56(3). P. 509-527.
  14. Асланов В.С., Алексеев А.В., Ледков А.С. Определение параметров оснащенной гарпуном тросовой системы для буксировки космического мусора // Тр. МАИ. 2016. № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74644
  15. Ледков А.С. Управление силой тяги при буксировке космического мусора на упругом тросе // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 10. C. 383-397.
  16. Авдеев А.В., Башкин А.С., Каторгин Б.И., Парфеньев М.В. Анализ возможности очистки околоземного пространства от опасных фрагментов космического мусора с помощью космической лазерной установки на основе автономного непрерывного химического HF-лазера // Квантовая электроника. 2011. Т 41. № 7. С. 669-674.
  17. Авдеев А.В. К вопросу борьбы с космическим мусором с помощью лазерной космической установки на основе HF-НХЛ // Тр. МАИ. 2012. № 61. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=35496
  18. Аполлонов В.В. Уничтожение космического мусора и объектов естественного происхождения лазерным излучением // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 9. C. 890-894.
  19. Phipps C., Baker K., Libby S., et al. Removing orbital debris with lasers // Advances in Space Research. 2012. V. 49(9). P. 1283-1300.
  20. Кузнецов И.И., Мухин И.Б., Снетков И.Л., Палашов О.В. Схемы орбитальных лазеров для удаления космического мусора // Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы. Сер. "Механика, управление и информатика". Под редакцией Л.М. Зеленого, Б.М. Шустова. 2019. C. 199-206.
  21. Baranov A.A., Grishko D.A., Razoumny Y.N., Li Jun. Flyby of large-size space debris objects and their transition to the disposal orbits in LEO // Advances in Space Research. 2017. V. 59(12). P. 3011-3022.
  22. Баранов А.А., Гришко Д.А. Баллистические аспекты облета крупногабаритного космического мусора на низких околокруговых орбитах // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2015. № 4. C. 143.
  23. Space debris mitigation guidelines. Inter-Agency Space Debris Coordination Committee. Revision 2. 2020.
  24. ГОСТ Р 52925-2018. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. Введeн 2019-01-01. М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2018.
  25. Голиков А.Р., Баранов А.Р., Будянский А.А., Чернов Н.В. Выбор низковысотных орбит захоронения и перевод на них выработавших свой ресурс космических аппаратов // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. № 4. C. 4-19.
  26. Булынин Ю.Л., Созонова И.Л. Анализ выполнения требований межагентского координационного комитета по предупреждению образования космического мусора // Вестн. Сиб. гос. аэрокосм. ун-та им. акад. М.Ф. Решетнева. 2013. № 6. С. 100-106.
  27. Коловский И.К., Подолякин В.Н., Шмаков Д.Н. Оценка возможности проведения маневра увода с рабочей орбиты космических аппаратов "Гонец-М" // Космонавтика и ракетостроение. 2018. № 2(101). C. 107-113.
  28. Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор - угроза человечеству. М.: Изд-во ИКИ РАН, 2012.
  29. Зеленцов В.В. Очистка околоземного космического пространства от космического мусора // Аэрокосм. науч. журн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 6. C. 1-14.
  30. Адушкин В.В., Вениаминов С.С., Козлов С.И. Как не допустить дальнейшего засорения околоземного космического пространства // Воздушно-космическая сфера. 2017. № 1(91). C. 96-103.
  31. Кириллов В.А., Багатеев И.Р., Тарлецкий И.С., Баландина Т.Н., Баландин Е.А. Анализ концепций очистки околоземного космического пространства // Сиб. журн. науки и технологий. 2017. Т. 18. № 2. C. 343-351.
  32. Клюшников В.Ю. Возможные направления реализации функций распределенного космического аппарата // Космонавтика и ракетостроение. 2014. № 2(75). C. 66-74.
  33. Шатров Я.Т., Баранов Д.А., Трушляков В.И., Куденцов В.Ю. Определение направлений разработки методов, технических решений и средств снижения техногенного воздействия на окружающую среду для реализации на борту космических средств выведения // Вестн. Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2011. № 1(25). С. 38-47.
  34. Афанасьева Т.И., Гридчина Т.А., Колюка Ю.Ф. Оценка возможных орбит увода для очищения области космического пространства на высотах 900-1500 км // Космонавтика и ракетостроение. 2014. № 1. C. 94-105.
  35. Григорьев И.С., Проскуряков А.И. Оптимизация целевой орбиты и траектории апсидального импульсного выведения космического аппарата на нее с учетом сброса отработавших ступеней в атмосферу // Инженер. журн.: наука и инновации. 2019. № 4(88). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2019-4-1869
  36. Григорьев И.С., Проскуряков А.И. Импульсные перелеты космического аппарата со сбросом ступеней в атмосферу и фазовым ограничением (часть I) // Инженер. журн.: наука и инновации. 2019. № 9(93). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2019-9-1917
  37. Григорьев И.С., Проскуряков А.И. Импульсные перелеты космического аппарата со сбросом ступеней в атмосферу и фазовым ограничением (часть II) // Инженер. журн.: наука и инновации. 2019. № 10(94). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2019-9-1925
  38. Григорьев И.С., Григорьев К.Г. К проблеме решения в импульсной постановке задач оптимизации траекторий перелетов космического аппарата с реактивным двигателем большой тяги в произвольном гравитационном поле в вакууме // Космические исследования. 2002. № 40(1). C. 88-111.
  39. Дубошин Г.Н. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука, 1976.
  40. Гродзовский Г.Л., Иванов Ю.Н., Токарев В.В. Mеханика космического полета. Проблемы оптимизации. M.: Наука, 1975.
  41. Исаев В.К., Сонин В.В. Об одной модификации метода Ньютона численного решения краевых задач // Журн. вычисл. мат. и мат. физики. 1963. № 6(3). С. 1114-1116.
  42. Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику. М.: Изд-во Моск. физ.-техн. ин-та, 1994.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © The Russian Academy of Sciences, 2023