Исследование режимов вращательного движения искусственного спутника Земли для проведения экспериментов в области микрогравитации

Основные результаты работы. Получены оценки квазистатических микроускорений на искусственном спутнике Земли, предназначенном для проведения космических экспериментов в области микрогравитации. Исследованы два режима вращательного движения спутника, поддержание которых обеспечивается электромеханическими исполнительными органами — двигателями-маховиками или гиродинами. Первый режим — трехосная орбитальная ориентация: продольная ось спутника направлена вдоль местной вертикали, солнечные батареи лежат в плоскости орбиты. Изучены различные варианты реализации этого режима, причем один из них — без насыщения гиросистемы. Режим обеспечивает малый уровень квазистатических микроускорений на борту и малую область вариации вектора остаточного микроускорения.

Второй режим — одноосная солнечная ориентация: нормаль к плоскости солнечных батарей спутника неизменно направлена на Солнце, абсолютная угловая скорость спутника практически равна нулю. Рассмотрены два варианта закона управления собственным кинетическим моментом гиросистемы. Первый вариант обеспечивает только затухание возмущенного движения спутника в окрестности положения покоя с требуемой скоростью. Второй вариант дополнительно ограничивает рост накапливаемого кинетического момента гиросистемы за счет управления углом поворота спутника вокруг нормали к плоскости солнечных батарей. Оба варианта закона управления поддерживают режим одноосной ориентации с требуемой точностью и обеспечивают малый уровень квазистатических микроускорений на борту.

Исследование обоих режимов проведено с учетом дискретности работы БЦВМ и наличия зон нечувствительности в датчиках системы управления. Решен ряд задач выбора конфигурации и анализа динамических возможностей применяемых систем двигателей-маховиков и гиродинов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Сазонов В. В., Комаров ММ, Полежаев В. И. и др. Микроускорения на орбитальной станции «Мир» и оперативный анализ гравитационной чувствительности конвективных процессов тепломассопереноса // Космические исследования. 1999. Т. 37. № 1. С. 86−101.

2. Земское B.C., Раухман М. Р., Шалимов В. П. Гравитационная чувствительность растворов-расплавов при кристаллизации двухфазных сплавов InSb-InBi в космических условиях // Космические исследования. 2001. Т. 39. № 4. С. 384−389.

3. Никитин С. А., Полежаев В. И., Сазонов В. В. О влиянии микроускорений на распределение примеси в расплаве полупроводника в космическом полете // Космические исследования. 2003. Т. 41. № 5. С. 533−548.

4. Богуславский A.A., Сазонов В. В., Соколов С. М. и др. О влиянии микроускорений на распределение примеси в кристаллах InSb: Te, выращенные в орбитальном полете методом бестигельной зонной плавки // Космические исследования. 2004. Т. 42. № 2. С. 155−161.

5. Сазонов В. В., Чебуков С. Ю., Абрашкин В. И. и др. Анализ низкочастотных микроускорений на борту ИСЗ «Фотон-11» // Космические исследования. 2001. Т. 39. № 4. С. 419−435.

6. Абрашкин В. И, Балакин В. Л., Белоконов ИВ. и др. Неуправляемое вращательное движение спутника Фотон-12 и квазистатические микроускорения на его борту // Космические исследования. 2003. Т. 41. № 1. С. 45−56.

7. Абрашкин В. И, Волков М. В., Егоров A.B. и др. Анализ низкочастотной составляющей в измерениях угловой скорости и микроускорения, выполненных на спутнике Фотон-12 II Космические исследования. 2003. Т. 41. № 6.1. С. 632−651.

8. Сазонов В. В., Чебуков С. Ю., Абрашкин В. И. и др. Низкочастотные микроускорения на борту ИСЗ Фотон-11 II Космические исследования. 2004. Т. 42. № 2. С. 185−200.

9. Абрашкин В. К, Богоявленский Н. Л., Воронов К. Е. и др. Неуправляемое движение спутника Фотон М-2 и квазистатические микроускорения на его борту // Космические исследования. 2007. Т. 45. № 5. С. 450−470.

10. Бойзелинк Т., Ван Бавинхов К., Сазонов В. В. и др. Анализ низкочастотной составляющей в измерениях микроускорения, выполненных на спутнике Фотон М-2 II Космические исследования. 2008. Т. 46. № 5. С. 463−483.

11. Бойзелинк Т., Ван Бавинхов К, Абрашкин В. И. и др. Определение неуправляемого движения спутника Фотон М-3 по данным бортовых измерений магнитного поля Земли // Космические исследования. 2010. Т. 48. № 3. С. 246−259.

12. Сарычев В. А., Беляев М. Ю., Сазонов В. В. и др. Определение микроускорений на орбитальных комплексах Салют-6 и Салют-7 II Космические исследования. 1986. Т. 24. С. 337−344.

13. Брюханов H.A., Цветков В. В., Беляев М. Ю. и др. Экспериментальное исследование режимов неуправляемого вращательного движения ИСЗ «Прогресс» //Космические исследования. 2006. Т. 44. № 1. С. 52−61.

14. Белецкий В. В. Движение искусственного спутника относительно центра масс. М.: Наука, 1965.

15. Сарычев В. А. Вопросы ориентации искусственных спутников // Итоги науки и техники. Исследование космического пространства. Т. 11. М.: ВИНИТИ, 1978.

16. Бажинов И. К., Гаврилов В. П., Ястребов В. Д. и др. Навигационное обеспечение полета орбитального комплекса «Салют-6» «Союз» — «Прогресс». М., Наука, 1985.

17. Латышев Л. А., Штырлин А. Ф., Непейвода О. М. и др. Использование электроракетных двигателей для реализации режима движения ИСЗ с малымуровнем микроускорений // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, № 16, 2007.

18. Markley F.L. Attitude determination using vector observation and singular value decomposition // The Journal of the Astronautical Sciences. 1988. V. 36. No.3. P. 245−258.

19. Игнатов А. И, Сазонов В. В. Реализация режимов вращательного движения ИСЗ с малым уровнем остаточных микроускорений электромеханическими исполнительными органами // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, № 91,2008.

20. Сазонов В. В. Гравитационная ориентация искусственных спутников с ги-родинами // Космические исследования. 1988. Т. 26. № 2. С.315−317.

21. Игнатов А. И, Сазонов В. В. Оценка остаточных микроускорений на борту ИСЗ в режиме одноосной солнечной ориентации // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 2009, № 65.

22. Игнатов А. И, Сазонов В. В. Режимы вращательного движения ИСЗ с малым уровнем остаточных микроускорений // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского, 2011, № 4, часть 5. С. 2195−2197.

23. МеесЖ. Астрономические формулы для калькуляторов М., Мир, 1988.

24. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. М., Наука, 1988.

25. Раушенбах Б. В., Токарь E.H. Управление ориентацией космических аппаратов. М., Наука, 1974.

26. Игнатов А. И, Давыдов A.A., Сазонов В. В. Анализ динамических возможностей систем управления малым космическим аппаратом, построенных на базе двигателей-маховиков // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 2005, № 47.

27. Markley F.L., Reynolds R.G., Liu F.X. Maximum torque and momentum envelopes for reaction-wheel arrays // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2010. V. 33. No.5. P. 1606−1614.

28. Токарь E.H. Проблемы управления гиросиловыми стабилизаторами // Космические исследования. 1978. Т. XVI. Вып.2. С. 179−187.

29. Токарь E.H., Платонов В. Н. Исследование особых поверхностей систем безупорных гиродинов // Космические исследования. 1978. Т. XVI. Вып.5. С. 675−685.

30. Игнатов А. И., Сазонов В. В. Построение и анализ особых поверхностей систем безупорных гиродинов методом продолжения по параметру // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 2007, № 27.

31. Игнатов А. И., Сазонов В. В. Исследование особых поверхностей систем безупорных гиродинов методом продолжения по параметру // Космические исследования. 2009. Т. 47. № 4. С. 355−362.

32. Балабан И. Ю., Комаров М. М., Сазонов В. В. Решение систем нелинейных уравнений методом продолжения по параметру // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 1997, № 3.

33. Шалашилин В. И., Кузнецов Е. Б. Метод продолжения решения по параметру и наилучшая параметризация. М., Эдиториал УРСС, 1999.

34. Токарь E.H., Легостаев В. П., Платонов В. Н. и др. Кратные гиросиловые системы //Космические исследования. 1981. Т. XIX. Вып.6. С. 813−822.

35. Барбашин Е. А. Функции Ляпунова. М., Наука, 1970.1. Углы ориентации ИСЗх 101. Угловые скрости ИСЗГ.

36. Рис. 1.2 Микроускорения, его аэродинамическая и гравитационная составляющие (режим пассивной гравитационной ориентации).

37. О 1000 2000 3000 4000 50 001 000 2000 3000 4000 50001(с)1.© X ю5.