Космические тросовые системы - это системы спутников, соединенных гибкими связями (нитями, тросами, лентами). К настоящему времени отработана технология, позволяющая развертывать в космосе системы с длиной троса порядка десятков километров.

Тросовая система гравитационной стабилизации спутника

Решение задач, стоящих перед современными спутниками часто требует их ориентации на Землю в течение длительного времени. Для этого широко используются системы гравитационной стабилизации. Принцип действия таких систем основан на том, что спутник, движущийся по орбите, под влиянием момента гравитационных сил располагается так, что наибольшая ось его эллипсоида инерции будет направлена вдоль местной вертикали.

Для того чтобы создать требуемые величины моментов инерции за пределы космического аппарата выносятся гравитационные стабилизаторы, представляющие собой жесткие штанги. Впервые такая система была использована для стабилизации американского спутника "Traac", запущенного на орбиту в 1961 г.

Не так давно появился новый класс систем гравитационной стабилизации — системы с гибкими соединениями (нитями, тросами, лентами). Их появление во многом связано с развитием малых спутников. Использование гибких соединений позволяет уменьшить массу и снизить стоимость системы, что особенно важно для малых космических аппаратов.

Еще одним преимуществом систем с гибким соединением является возможность существенного увеличения восстанавливающего момента гравитационных сил. Этот момент пропорционален квадрату расстояния между спутником и стабилизирующим грузом. Однако с увеличением длины штанги становится труднее обеспечить ее заданные геометрические характеристики. Искривления штанги — ее “саблевидность” — приводят к возникновению возмущающих моментов, ухудшающих точность ориентации спутника. Использование тросового соединения дает возможность увеличить расстояние между спутником и стабилизирующим грузом до нескольких километров, что на 2–3 порядка больше длины штанги. Соответственно на 4–6 порядков увеличивается восстанавливающий гравитационный момент.

Космические тросовые системы — перспективное направление космической техники и технологии

Лекция, прочитанная в 2006 г. в Национальном центре аэрокосмического образования молодёжи Украины (г. Днепропетровск) — Презентация

Статья Космические тросовые системы — перспективное направление космической техники и технологии, основанная на существенно дополненном материале, опубликована в журнале "Космічна наука і технологія". — 2011. — Т.17, №2. — С.32–44.

Космические тросовые системы — системы космических аппаратов, соединенных протяженными гибкими связями. Большая, в сравнении с традиционными спутниками, длина обусловливает более сильное взаимодействие подобных систем с внешними полями планеты. Благодаря этому космические тросовые системы позволяют решать широкий спектр задач, связанных с освоением космического пространства. Исследования, проведенные за последние 40 лет, позволяют перейти к использованию преимуществ космических тросовых систем, в частности для увода с орбиты космических объектов, которые уже не эксплуатируются, и как выносные элементы традиционных спутников.

Cхема развертывания малой космической тросовой системы

В последнее десятилетие создание миниатюрных спутников превратилось в одно из наиболее активно развивающихся направлений космонавтики. С одной стороны, более дешевые в создании, подготовке и запуске такие спутники открывают дорогу к освоению космоса сравнительно небольшим творческим коллективам. С другой, они служат естественным полигоном для отработки новых идей, технологий, а также подготовки кадров, что в свою очередь выгодно космическим агентствам и крупным компаниям.

Одним из направлений использования миниатюрных спутников является создание на их основе распределенных космических систем. Соединяя такие спутники гибкими связями, можно создавать на орбите космические тросовые системы. Такие системы в будущем могут использоваться для очистки орбиты от “космического мусора”, проведения распределенных измерений параметров околоземного пространства, создания условий микрогравитации на орбите, транспортировки грузов и мн. др.

Способы, успешно применявшиеся ранее для развертывания на орбите протяженных тросовых систем с большой массой концевых тел, не подходят для малых систем. Для использования в составе малых спутников необходима разработка новой системы развертывания, обеспечивающей, соблюдение требований по влиянию процесса развертывания на ориентацию спутника. Идея такой системы заключается в следующем. С предварительно успокоенного спутника медленно выводится профилированная лента. Разведение тел осуществляется благодаря жесткости ленты. Дальнейшему развертыванию системы способствуют увеличивающиеся гравитационные и центробежные силы. Процесс развертывания протекает достаточно медленно (со скоростью порядка единиц сантиметров в секунду против метров в секунду при традиционном способе). Такое медленное разведение тел весьма привлекательно, так как обеспечивает малую амплитуду маятниковых колебаний системы. Отпадает также необходимость в торможении развертывания (гашении энергии, сообщенной системе во время отстрела).

Идея системы высказана А.В. Пироженко. Анализ литературы показал, что ранее близкая по характеристикам система использовалась в орбитальном эксперименте STEx, однако эксперимент потерпел неудачу.

Наши публикации на эту тему.

Новинки элементной базы КТС

Новые изобретения в области элементов космических тросовых систем.

Космический мусор и тросовые системы

Заметки 2008 года, по поводу моделирования влияния "космического мусора" на тросовые системы.

Литература по КТС

Обзоры

  1. Алпатов А.П., Драновский В.И., Закржевский А.Е., Пироженко А.В., Хорошилов В.С. Космические тросовые системы. Обзор проблемы // Космічна наука і технологія. — 1997. — Т. 3, № 5/6. — С. 21–29.
  2. Finckenor M. Space Tethers // Aerospacew America. — 2005. — N 12. — P. 78.
  3. Pardini C. Overview of Space Tether Applications: State-of-the-art Knowledge and Tools // IADC AI 19.1 on IADC AI 19.1 on “Benefits and Risks of Using Tethers in Space” — 21st IADC Meeting, 10-13 March, 2003, Bangalore, India
  4. Several Developments in Space Tethers // NASA Tech Briefs, MFS-31822-1/4-1/6-1/7-1/30-1
  5. Волошенюк О.Л., Пироженко А.В., Храмов Д.А. Космические тросовые системы — перспективное направление космической техники и технологии // Космічна наука і технологія. — 2011. — Т.17, №2. — С.32–44.

Книги

  1. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990. 336 с.
  2. Cosmo M.L., Lorenzini E.C. Tethers In Space, 3rd Edition, NASA Marshall Space Flight Center. — 1997. — 241 p.
  3. Van Pelt M. Space tethers and space elevators. — Praxis Publ., 2009. — 215 p.
  4. Troger H., Alpatov A.P., Beletsky V.V., Dranovskii V.I., Khoroshilov V.S., Pirozhenko A.V., Zakrzhevskii A.E. Dynamics of Tethered Space Systems, CRC Press. 2010. 245 p.
  5. Aslanov V.S., Ledkov A.S. Dynamics of Tethered Satellite Systems. Woodhead Publishing, 2012, 350 p.

Ссылки

  1. Домашняя страничка "Группы динамики" — старый сайт нашей группы. Там до сих пор есть кое-что интересное по тросовым системам и детерминированному хаосу.


Комментарии

comments powered by Disqus