Динамика углового движения космических аппаратов с диссипативным демпфером

Авторы

Морина З. В.

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

e-mail: morina.zv@ssau.ru

Аннотация

Одним из методов, используемых для снижения кинетического момента наноспутника, является применение сферического демпфера. Такой демпфер размещается внутри спутника и вращается относительно его основного тела в полости, заполненной вязкой средой. Вращение тела-демпфера относительно основного тела спутника приводит к возникновению диссипативного момента за счет трения между ними. Этот момент рассеивает кинетическую энергию, что позволяет космическому аппарату занять устойчивое гравитационное положение на орбите. В работе осуществлен сравнительный анализ эффективности функционирования двух типов диссипативных демпферов - гравитационного и магнитного. Полученные результаты могут быть использованы на этапе проектирования для определения типа демпфера в соответствии с условиями функционирования спутников.

Ключевые слова:

кинетический момент, гравитационный демпфер, сферический демпфер, магнитный демпфер, угловое движение, динамика движения, диссипативный метод

Библиографический список

1. Кравчук С.В., Шатский М.А., Ковалёв А.Ю. Принципы построения системы управления движением космического аппарата // Труды МАИ. 2010. № 38. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=14531
2. Седельников А.В., Николаева А.С., Сердакова В.В. Оценка выполнимости требований по угловой скорости малого космического аппарата с учётом температурного удара // Труды МАИ. 2023. № 132. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=176836
3. Черноусько Ф.Л. О движении твердого тела, содержащего сферический демпфер // Прикладная механика и техническая физика. 1968. Т. 9, № 1. С. 73-79.
4. Черноусько Ф.Л. Движение твердого тела с полостями, содержащими вязкую жидкость. – М.: [б. и.], 1968. - 230 с. 
5. Черноусько Ф.Л. Движение твердого тела с полостями, заполненными вязкой жидкостью, при малых числах Рейнольдса // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1965. Т. 5, № 6. С. 1049-1070.
6. Черноусько Ф.Л., Акуленко Л.Д., Лещенко Д.Д. Эволюция движений твердого тела относительно центра масс. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2015. C. 175-202.
7. Амелькин Н.И., Холощак В.В. Об устойчивости стационарных вращений спутника с внутренним демпфированием в центральном гравитационном поле // Прикладная математика и механика. 2017. Т. 81, № 2. С. 123-136.
8. Холощак В.В. Динамика вращательного движения спутника с демпфером в центральном гравитационном поле // Труды Московского физико-технического института. 2017. Т. 9, № 4 (36). С. 106-119.
9. Амелькин Н.И., Холощак В.В. Вращательное движение несимметричного спутника с демпфером на круговой орбите // Прикладная математика и механика. 2019. Т. 83, №. 1. С. 16-31.
10. Doroshin A.V. Gravitational dampers for unloading angular momentum of nanosatellites //Advances in Nonlinear Dynamics: Proceedings of the Second International Nonlinear Dynamics Conference (NODYCON 2021). V. 1. Cham: Springer International Publishing, 2022. P. 257-266. DOI: 10.1007/978-3-030-81162-4_23
11. Pang W.J. et al. Boom of the CubeSat: a statistic survey of CubeSats launch in 2003–2015 // Proceedings of the 67th international astronautical congress (IAC), Guadalajara, Mexico. 2016. P. 26-30.
12. Twiggs R.J. Space system developments at Stanford University: from launch experience of microsatellites to the proposed future use of picosatellites // Small Payloads in Space. SPIE, 2000. V. 4136, P. 79-86. DOI: 10.1117/12.406646
13. Гимранов З.И. Магнитно-импульсный привод для управляемого отделения наноспутников // Труды МАИ. 2013. № 68. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=41766
14. Баринова Е.В. и др. Особенности динамики и некоторые вопросы управления угловым движением малоразмерных космических аппаратов нанокласса на низких орбитах // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31, № 3. С. 3-35.
15. Асланов В.С., Дорошин А.В. Динамика малых спутников с трехосным гравитационным демпфером // Прикладная математика и механика. 2023. Т. 87, № 5. С. 729–741.
16. Ишлинский А.Ю. Деятельность Михаила Алексеевича Лаврентьева в Академии наук УССР // Прикладная механика и техническая физика. 1960. № 3. С. 16-19.
17. Лаврентьев М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели. – М.: Наука, 1973. 416 с.
18. Морина З.В. Динамика углового движения космических аппаратов с диссипативным демпфером // XXVII Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева (Красноярск, 08–10 ноября 2023): тезисы докладов. – Красноярск: Изд-во Сибирский государственный университет науки и технологий им. академ. М.Ф. Решетнева, 2023. С. 405-407.
19. Морина З.В., Дорошин А.В. Динамика углового движения космических аппаратов с диссипативным демпфером //XVII Королевские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция, посвященная 35-летию со дня первого полета МТКС" Энергия–Буран"(3–5 октября 2023): сборник трудов. – Самарский национальный исследовательский университет имени С.П. Королева, 2023. P. 118-119.
20. Морина З.В., Дорошин А.В. Динамика углового движения космических аппаратов с магнитным или гравитационным демпфером // XLIX Самарская областная студенческая научная конференция (Самара, 10–21 апреля 2023): тезисы докладов. – Санкт-Петербург: Изд-во Эко-Вектор, 2023. С. 340-341.
21.  Маркеев А.П. Теоретическая механика. - М.: Изд-во ЧеРо, 1999. – 572 с.
22. Морозов В.М., Каленова В.И. Управление спутником при помощи магнитных моментов: управляемость и алгоритмы стабилизации // Космические исследования. 2020. Т. 58, № 3. С. 199-207. 
23. Морозов В.М., Каленова В.И., Рак М.Г. О стабилизации регулярных прецессий спутника при помощи магнитных моментов // Прикладная математика и механика. 2021. Т. 85, № 4. С. 436-453. 
24. Davis L.K. Motion damper. U.S. Patent No. 3,399,317. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. 1968.
25. Wertz J.R. (ed.). Spacecraft attitude determination and control. Springer Science & Business Media, 1978. 858 p.
26. Суворов М.А., Коломыцев И.В. Управление движением космического аппарата на высокоэллиптической орбите в заданных ограничениях на ориентацию // Труды МАИ. 2011. № 45. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=25516 
27. Панкратов И.А. Наискорейшая переориентация плоскости круговой орбиты космического аппарата // Труды МАИ. 2020. № 113. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118184. DOI: 10.34759/trd-2020-113-16
28. Овчинников М.Ю., Пеньков В.И., Ролдугин Д.С. Трехосная магнитная система ориентации космического аппарата в инерциальном пространстве // Препринты Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. 2013. № 74. С. 1-24.
29. Иванов Д.С. и др. Калибровка датчиков для определения ориентации малого космического аппарата // Препринты Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. 2010. № 28. С. 1-30.

Скачать статью