Г.П. Шарапенко, А.В. Пилецкий
30.09.2015 г.

  На главную раздела "Научные работы"


          5. Тактика удаления космического мусора


          Формирование программы работы специализированного КА по удалению космического мусора должно осуществляться с использованием данных СККП о положении объектов КМ, а также данных, полученных с приборов, входящих в систему навигации и  ориентации большинства современных КА – приемника системы глобального позиционирования (ГЛОНАСС, GPS) и звездного датчика.  Управление полетом КА должно осуществляться с наземного комплекса управления (НКУ).

          Конкретные параметры орбиты выведения выбираются с учетом программы работы КА по удалению объектов КМ. Захват и удаление объектов КМ осуществляется в результате маневрирования КА как в плоскости орбиты, так и изменением наклонения плоскости орбиты или изменением положения восходящего узла орбиты.

          Задача оптимизации маневрирования решается с точки зрения минимума энергетических затрат КА и затрат времени на проведение миссии.

          В общем случае, для удаления объекта КМ с помощью выведенного на орбиту КА, предусматривается проведение следующих операций:

          - введение данных НКУ в рабочую программу КА по орбитальному маневрированию с целью его доставки в район нахождения объектов КМ;

          - проведение орбитальных маневров по доставке КА в район нахождения объекта КМ;

          - обнаружение объекта КМ и определение его параметров орбиты;

          - решение задачи выбора средства захвата цели;

          - выдача корректирующих импульсов бортовой ДУ КА, позволяющей осуществить сближение КА с объектом КМ для его непосредственного захвата, или осуществления отстрела копья или гарпуна с определенного расстояния;

          - захват объекта КМ непосредственно или отстреливаемым средством;

          - после захвата объекта КМ – полёт КА в соответствии с рабочей программой.

          Решение задачи выбора средства захвата цели (приемник мусора, гарпун или копье) определяется, прежде всего, размерами приемника, способного принять и разместить объект КМ.

          Процесс захвата мусора предусматривает, при равенстве векторов круговых скоростей, увеличение скорости КА на ~0,1 м/с вдогон.

          В случае если размеры объекта КМ не превышают размеры входного отверстия приемника мусора, при ускоренном движении КА, осуществляется "поглощение" объекта КМ приемником мусора.

          Если размеры объекта КМ превышают размеры приемника мусора, выбираются отстреливаемые средства.

          Применение отстреливаемых средств характеризуется тем, что после корректировки орбиты КА, при равенстве векторов круговых скоростей КА и объекта КМ, осуществляется сближение на расстояние 10 – 20 м путем выдачи импульсов бортовой ДУ.

          Прицельный выстрел в объект КМ отделяемым средством производится со скоростью 20 – 50 м/с.

          Необходимо отметить, что захват или поражение объектов КМ может производиться в узлах пересечения орбит КА и объекта мусора.

          Отличительными особенностями применения отстреливаемых средств являются следующие.

          Гарпун в составе КА является средством поражения, применяемым для захвата объекта КМ и дальнейшей транспортировки в зону захоронения или в плотные слои атмосферы с помощью ДУ КА, с последующей отцепкой буксирного троса для продолжения миссии КА.

          Копье с НТУ в составе КА является средством поражения, применяемым для присоединения к объекту КМ надувной сферы с целью увеличения его баллистического коэффициента, позволяющего снизить продолжительность пребывания объекта КМ в ОНО.

          Возможность обеспечения заданного (25-летнего) срока баллистического существования КО в ОНО определяется его баллистическим коэффициентом и высотой орбиты. При применении копья с НТУ для удаления объекта КМ, необходимо учитывать для данной высоты орбиты, как баллистический коэффициент объекта КМ, так и баллистический коэффициент НТУ. Рассчитанный совокупно для данной высоты орбиты баллистический коэффициент сборки «объект КМ + НТУ» позволит определить заданное  значение срока баллистического существования.

          Поскольку определение баллистического коэффициента объекта КМ, обращающегося на орбите, по разным причинам не всегда возможно (как по массе, так и по площади миделя), представляется целесообразным упростить его определение.

          Баллистический коэффициент предлагается рассчитывать для НТУ с  назначаемой для объекта КМ массой в обеспечение заданного срока пассивного существования. Применение такого метода расчета баллистического коэффициента НТУ с назначением массы объекта КМ, превышающей реальное значение, позволяет обеспечить 25-летний срок баллистического существования объекта КМ с временным запасом.

          В Руководстве [5] и таблице 1 приведены расчетные данные, устанавливающие  зависимость максимальной высоты круговой орбиты от баллистического коэффициента в обеспечение 25-летнего срока баллистического существования КО массой 1000 кг.

          Предложенный метод и расчетные данные, приведенные в Руководстве, могут быть использованы для создания копья с НТУ, применяемым в составе КА, предназначенного для удаления объектов КМ из ОНО.

Таблица 1 – Зависимость максимальной высоты круговой орбиты от баллистического коэффициента в обеспечение 25-летнего срока баллистического существования КО массой 1000 кг.
Баллистический коэффициент, м2/кгМаксимальная высота орбиты, км
0,01
640
0,02
696
0,04756
0,08
820

          При разработке копья с НТУ, в качестве материала сферы НТУ, может быть использована полиэтилентерефталатная пленка (ПЭТФ) [6] толщиной 100мкм, удельной массой 140г/м2. С учетом приведенных данных по материалу пленки сферы НТУ, для объекта КМ массой 1000 кг, могут быть определены диаметр сфер и масса НТУ. При этом, таблица 1 будет дополнена этими данными, – см. таблицу 2.

          Данные, приведенные в таблице 2, дают представление о росте размеров и массы сферы НТУ, для удаления КО массой 1000 кг с высот, не превышающих 820 км, в обеспечение 25-летнего срока баллистического существования.

Таблица 2 – Зависимость массы и диаметра сферы НТУ от максимальной высоты круговой орбиты и баллистического коэффициента в обеспечение 25-летнего срока баллистического существования КО массой 1000 кг.
Баллистический
коэффициент, м2/кг
Максимальная
высота орбиты, км
Диаметр сферы
НТУ м
Масса сферы
НТУ, кг
0,01
640
3,6
5,6
0,02
696
5,1
11,2
0,04
756
7,1
22,4
0,08820
10,2
44,8

В начало                               Продолжение
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить