Разработка алгоритмов моделирования нештатных режимов движения космической тросовой системы для спуска грузов с орбиты
Асланов, В. С. Хаотические колебания космического аппарата с упругим вертикальным тросом / В. С. Асланов, Б. В. Иванов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. т. 12, № 4. — 2010. — С. 262 266. Ишков, С. А. Определение параметров орбитальной тросовой системы, предназначенной для спуска малых капсул с орбиты / С. А. Ишков, И. В. Шейников // Известия Самарского научного… Читать ещё >
Разработка алгоритмов моделирования нештатных режимов движения космической тросовой системы для спуска грузов с орбиты (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание
- Заключение
В настоящей работе проведено исследование динамики космической тросовой системы, предназначенной для доставки груза на Землю в случае возникновения нештатных ситуаций: заклинивание троса в процессе развертывания, соударение груза и КА, намотка троса на КА. Предложен ряд оригинальных моделей для исследования нештатного движения КТС.
1. Предложен алгоритм моделирования последствий заклинивания невесомого упругого троса с учетом коэффициента восстановления троса. Показано, что заклинивание троса опасно на начальном и может привести к столкновению груза и базового КА. Избежать нежелательных последствий можно соответствующим выбором материала троса.
2. Разработана методика исследования последствий заклинивания троса на широком интервале времени заклинивания в зависимости от массово-инерционных характеристик КТС и найдены области параметров, характеризующие поведение системы.
3. Проведен анализ влияния заклинивания троса на движение системы при динамическом развёртывании весомого упругого троса на основе многоточечной модели КТС. На интервале развёртывания получены характерные временные зоны для последствий заклинивания: соударения груза и КА, намотки троса, безопасных отскоков без столкновения. Предложенную схему решения можно использовать для исследования других типов КТС.
4. На основе метода Пуанкаре исследованы хаотические режимы движения КА в составе радиальной КТС для случая малых колебаний в окрестности устойчивого вертикального положения. Изучено движение радиальной КТС в случае ненатянутого троса. Показано, что увеличение колебаний троса приводит к возможности возникновения хаотических явлений, что, в свою очередь, может повлечь за собой закручивание базового КА.
Полученные результаты позволяют оценить движение системы, состоящей из КА, груза и упругого троса в случае возникновения нештатных ситуаций и дать рекомендации по их предотвращению.
1. Белецкий, В. В. Динамика космических тросовых систем / В. В. Белецкий, Е. М. Левин. М.: Наука, 1990. — 329 с.
2. Щербаков, В. И. Спуск с орбиты малого КА с помощью космической тросовой системы / В. И. Щербаков. Deutschland: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. — 226 с.
3. Циолковский, К. Э. Грезы о Земле и небе / К. Э. Циолковский. Тула: Приокское книжное изд-во, 1986. — 448с.
4. Арцутанов, Ю. Н. В космос на электровозе / Ю. Н. Арцутанов // Комсомольская правда (воскресное приложение). — 1960. — 31 июля.
5. Поляков, Г. Г. Мысль, устремленная в космос / Г. Г. Поляков // Земля и Вселенная. 1993. -№ 3.
6. Осипов, В. Г. Космические тросовые системы: история и перспективы / В. Г. Осипов, Н. J1. Шошунов // Земля и Вселенная. 1998. — № 4.
7. Волошенюк, О. JI. Космические тросовые системы перспективное направление космической техники и технологии / О. JI. Волошенюк, А. В. Пироженко, Д. А. Храмов // Косм1чна наука i технолопя. — 2011. — Т. 17. № 2. — С. 32−44.
8. Сидоров, И. М. Об использовании тросовых систем для создания постоянно действующего транспортного канала в космическом пространстве / И. М. Сидоров // Полет. 2000. — № 8. — С. 36−39.
9. Асланов, В. С. Пространственное движение космической тросовой системы, предназначенной для доставки груза на Землю / В. С. Асланов, А. С. Ледков, Н. Р. Стратилатов // Полет. 2007. — № 2. — С. 28−33.
10. O. Smith, Н. F. The First and Second Flights of the Small Expendable Deployer System (SEDS) / H. F. Smith // Proceedings of the Fourth International Conference on Tethers in Space, Smithsonian Inst., Washington, DC. 1995. — P. 43−55.
11. Lorenzini, E. C. Control and Flight Performance of Tethered Satellite Small Expendable Deployment System-II / E. C. Lorenzini, S. B. Bortolami, F.
12. Angrilli, С. С. Rupp // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 1996. -V.19,N 5.-P. 1145−1156.
13. Kruijff, M. Qualification and in-flight demonstration of a European tether deployment system on YES2 / M. Kruijff, E. J. van der Heide // Acta Astronautica. -2009. Vol. 64, № 9−10. -P.882−905.
14. Kruijff, M. Tethers in Space: A Propellantless Propulsion In-Orbit Demonstration / M. Kruijff// Oisterwijk: UitgeverijBOXPress. 2011. — P. 431.
15. Ariyoshi, Y. HOW CAN WE IDENTIFY COLLIDING OBJECTS TO BE REMOVED / Y. Ariyoshi, T. Hanada, S. Kawamoto // 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy. IAC-12-A6.5.1 — 2012. — 5 p.
16. Kitamura, S. A REORBITER FOR LARGE GEO DEBRIS OBJECTS USING ION BEAM IRRADIATION / S. Kitamura, Y. Hayakawa, K. Nitta, S. Kawamoto, Y. Ohkawa // 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy. IAC-12-A6.7.10 — 2012. — 10 p.
17. Kawamoto, S. ACTIVE DEBRIS REMOVAL BY A SMALL SATELLITE / S. Kawamoto, Y. Ohkawa, H. Nakanishi, Y. Katayama, H. Kamimura, S. Kitamura, S. Kibe // 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy. IAC-12-A6.7.8−2012.-8p.
18. Иванов, В. А. Динамика полета системы гибко связанных космических объектов / В. А. Иванов, Ю. С. Ситарский. М.: Машиностроение, 1986. -248с.
19. Cosmo, M. L. Tethers in space handbook / Edited by M. L. Cosmo and E. C. Lorenzini. — Smithsonian Astrophysical Observatory, 1997. 235p.
20. Феоктистов, К. П. Космическая техника. Перспективы развития / К. П. Феоктистов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. — 172с.
21. Ишков, С. А. Управление развертыванием орбитальной тросовой системы / С. А. Ишков, С. А. Наумов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического униерситета. 2006. — № 2(8). — С. 77.
22. Ишков, С. А. Определение параметров орбитальной тросовой системы, предназначенной для спуска малых капсул с орбиты / С. А. Ишков, И. В. Шейников // Известия Самарского научного центра РАН. 2019. — № 4. — С. 208−215.
23. Заболотнов, Ю. М. Динамика движения капсулы с тросом на внеатмосферном участке спуска с орбиты / Ю. М. Заболотнов, Д. И. Фефелов // Известия Самарского научного центра РАН. — 2006. — № 3. — С. 841−848.
24. Заболотнов, Ю. М. Движение спускаемой капсулы относительно центра масс при развертывании орбитальной тросовой системы / Ю. М. Заболотнов, О. Н. Наумов // Космические исследования. Т. 50, № 2. -2012. С. 177−187.
25. Заболотнов, Ю. М. Устойчивость движения в атмосфере связки двух твердых тел, соединенных тросом / Ю. М. Заболотнов, Д. В. Еленев // Механика твердого тела, РАН. № 2. — 2013. — С.49−60.
26. Заболотнов, Ю. М. Движение космического аппарата с тросовым аэродинамическим стабилизатором / Ю. М. Заболотнов, Д. В. Еленев. — Самара: СНЦ РАН, 2011. 104 с.
27. Aslanov, V. S. Motion of the space elevator after the ribbon rupture / V. S. Aslanov, A. S. Ledkov, A. K. Misra, A. D. Guerman // IAC-12,D4,3,9,xl3567, IAF.-2012.
28. Aslanov, V. S. Oscillations of a Spacecraft with a Vertical Tether / V. S. Aslanov // Proceedings of the World Congress on Engineering Vol II. 2009. — P. 1827 -1831.
29. Асланов, В. С. Хаотические колебания КА с упругим радиально ориентированным тросом / В. С. Асланов, А. С. Ледков // КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. том 50, № 2. — 2012. — С. 194−204.
30. Асланов, В. С. Колебания спутника с вертикальным упругим тросом на орбите / В. С. Асланов // Известия РАН «Механика твердого тела». № 5. -2011.-С. 3−15.
31. Асланов, В. С. Хаотические колебания космического аппарата с упругим вертикальным тросом / В. С. Асланов, Б. В. Иванов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. т. 12, № 4. — 2010. — С. 262 266.
32. Асланов, В. С. Определение времени выживания космической тросовой системы / В. С. Асланов, О. Л. Волошенюк, А. В. Кислов, А. В. Ящук // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. т. 12, № 4.-2010.-С. 138−143.
33. Асланов, В. С. Хаотическое движение упругой космической тросовой системы / В. С. Асланов, А. В. Пироженко, А. В. Иванов, А. С. Ледков //.
34. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. -№ 4(20). 2009. — С. 9−15.
35. Асланов, В. С. Малые колебания осесимметричного космического аппарата с тросовой системой / В. С. Асланов, Н. Р. Стратилатов // Вестник СамГУЕстественнонаучная серия. Механика. -№ 6(65). 2008. — С. 202 — 208.
36. Асланов, В. С. Колебания тела с орбитальной тросовой системой / В. С. Асланов // Прикладная математика и механика. Т. 71, Вып. 6. — 2007. — С. 1027−1033.
37. Асланов, В. С. Влияние на вращательное движение КА тросовой системы, предназначенной для доставки груза на Землю / В. С. Асланов, А. С. Ледков, Н. Р. Стратилатов // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». № 1. — 2009. — С. 54−60.
38. Асланов, В. С. Влияние упругости орбитальной тросовой системы на колебания спутника / В. С. Асланов // Прикладная математика и механика. -Т. 75, Вып. 4. 2010. — С. 582−593.
39. Асланов, В. С. Уравнения движения орбитальной тросовой системы с учетом колебаний космического аппарата / В. С. Асланов, Н. Р. Стратилатов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. -№ 1(14).-2008.-С. 16−22.
40. Первушин, А. И. Мифология космического лифта (Эссе из цикла «Космическая экспансия: от фантастики к реальности») / А. И. Первушин // Полдень. XXI век. 2009. — № 53 (май). — С. 161−170.
41. Арцутанов, Ю. Н. В космос без ракет / Ю. Н. Арцутанов // Знание сила. -1969.-№ 7.-С. 25.
42. Арцутанов, Ю. Н. Железная дорога Луна Земля / Ю. Н. Арцутанов // Техника молодежи. — 1976. — № 4. — С.21.
43. Поляков, Г. Г. Обобщенные задачи о космическом лифте / Г. Г. Поляков // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1972. — № 6. — С. 54−59.
44. Поляков, Г. Г. Собрание трудов. Т.1. Привязные спутники, космические лифты и кольца (1967;1974) / Г. Г. Поляков. Астрахань: Изд-во Астраханского педагогического университета, 1999.
45. Поляков, Г. Г. Неэкваториальный космический лифт. (1969) / Г. Г. Поляков // Собрание трудов. Астрахань: Изд-во Астраханского педагогического университета. 1999. — С. 117.
46. Белецкий, В. В. Движение спутника относительно центра масс в гравитационном поле / В. В. Белецкий. М.: Изд-во МГУ, 1975. — 308 с.
47. Охоцимский, Д. Е., Система гравитационной стабилизации искусственных спутников / Д. Е. Охоцимский, В. А. Сарычев // Искусственные спутники Земли.- 1963.-№ 16.-С. 5−9.
48. Сарычев, В. А. Вопросы ориентации искусственных спутников / В. А. Сарычев // Итоги науки и техники: Исследование космического пространства. 1978. — Т. 11. — 223 с.
49. Иванов, В. А. Динамика полета системы гибко связанных космических объектов / В. А. Иванов, Ю. С. Ситарский. М.: Машиностроение, 1986. -246с.
50. Raitt, W. J. The NASA/ASI TSS-1 Mission: Summary of results and reflight plans / W. J. Raitt // Fourth International Conference on Tether In Space, Washington, 10−14 April, 1995. Washington. — 1995.-P. 107−118.
51. Santangelo, A. D. AIRSEDS-II™: A TSS-2 Precursor Mission to Test and Demonstrate Tethered Systems in the Earth’s Upper Atmosphere / A. D. Santangelo // Fourth International Conference on Tether In Space. Washington. -10−14 April, 1995.-P. 1675−1684.
52. Caroll, J. A. SEDS Deployer Design and Flight Performance / J. A. Caroll // Fourth International Conference on Tether In Space. Washington. — 10−14 April, 1995.-P. 593−600.
53. Caroll, J. A. SEDS Characteristics and Capabilities / J. A. Caroll, J. C. Oldson // Fourth International Conference on Tether In Space. Washington. — 10−14 April, 1995.-P. 1079−1090.
54. Lorenzini, E. С. SEDS-II Deployment Control Law and Mission Design / E. C. Lorenzini, D. K. Mowery, С. C. Rupp // Fourth International Conference on Tether In Space. Washington. — 10−14 April, 1995. — P. 669−683.
55. Grossi, M. D. Plasma Motor Generator (PMG) electrodynamic tether experiment / M. D. Grossi // NASA Grant NAG9−643. National Aeronautics and Space Administration, Lyndon B. Johnson Space Center, Houston, Texas. 1995. — 441. P.
56. James, H. G. Guided Z mode propagation observed in the OEDIPUS A Tethered Rocket Experiment / H. G. James // Journal of Geophysical Research: Space Physics. January 1991. — Volume 96. — Issue A10. — P. 17 865−17 878.
57. James, H. G. Emission and reception of Bernstein waves in the OEDIPUS-C experiment / H. G. James // General Assembly and Scientific Symposium, 2011 XXXth URSI. Commun. Res. Centre Canada, Ottawa, ON, Canada. 13−20 Aug. 2011.-P. 1−2.
58. Tether Physics and Survivability (TiPS) Fact Sheet Электронный ресурс. -Naval Research Laboratory (NRL). 20 November 1996. — Режим доступа: http://www.nro.gov/news/press/1996/1996;08.pdf.
59. Zimmermann, F. Optimization of the tether assisted return mission of a guided re-entry capsule / F. Zimmermann, U. Schottle, E. Messerschmid // Aerospace Science and Technology. 2005. — V. 9. — № 8. — P. 713−721.
60. YES2 Википедия Электронный ресурс. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/YES2.
61. Шошунов, Н. JI. Тросовые орбитальные маневры и европейский космический эксперимент YES2 Электронный ресурс. / Н. JI. Шошунов //.
62. DocMe.ru: Сервис публикации документов. — Режим доступа: http://www.docme.ru/doc/76 608/yes2.
63. Дюков, Д. И. Движение космического аппарата с тросовой системой при нештатных ситуациях / Д. И. Дюков // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. — № 4. — С. 267−271.
64. Ледков, А. С. Исследование последствий заклинивания троса в задаче о доставке груза с орбиты / А. С. Ледков, Д. И. Дюков // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2012. — Т. 12, вып. 3. -С. 82−87.
65. Ледков, А. С. Влияние заклинивания троса на движение космической тросвой системы при динамическом развертывании / А. С. Ледков, Д. И. Дюков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического униерситета. 2012. — № 2(33). — С. 82−90.
66. Симиу, Э. Хаотические переходы в детерминированных и стохастических системах / Э. Симиу. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 208 с.
67. Борисов, А. В. Динамика твердого тела / А. В. Борисов, И. С. Мамаев. -Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 384 с.
68. Лихтенберг, А. Регулярная и стохастическая динамика / А. Лихтенберг, М. Либерман. М.: МИР, 1985. — 529 с.
69. Мун, Ф. Хаотические колебания: Вводный курс для научных работников и инженеров: Пер. с англ. / Ф. Мун. М.: МИР, 1990. — 312 с.
70. Пуанкаре, А. Избранные труды / А. Пуанкаре. М.: Наука 1971. — Т.1. — 772 с.
71. Кузнецов, С. П. Динамический хаос / С. П. Кузнецов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.-356 с.
72. Алпатов, А. П. Космические тросовые системы. Обзор проблемы / А. П. Алпатов, В. И. Драновский, А. Е. Закржевский, А. В. Пироженко, В. С. Хорошилов // Косм1чна наука Ггехнолопя. 1997. — ТЗ. № 5/6. — С. 21−29.
73. Crist, S. A. Cable motion of a spinning spring-mass system / S. A. Crist, J. G. Eisley // J. Spacecrafts and Rockets. 1970. — 7, N 11. — P. 1352−1357.
74. Liangdon, L. Effect of tether flexibility on tethered Shuttle subsatellity and control / L. Liangdon, P. M. Bainum // 2-nd International Conference on Tethers in Space. Venice, Italy. 4−8 October, 1987.
75. Misra, A. K. Dynamics of N-body tethered satellite system / A. K. Misra // 3-rd International Conf. on Tethers in Space. S. Francisco, California, May 1989.
76. Misra, A. K. On vibrations of orbiting tethers / A. K. Misra, D. M. Xu, V. J. Modi // Acta Astronautical. 1986. — 13, N 10. — P. 587−597.
77. Williams, P. Dynamic multibody modeling for tethered space elevators / P. Williams // ActaAstronautica. 2009. — № 65. — P. 399−422.
78. Misra, A. K. Dynamics of low-tension spinning tethers / A. K. Misra, V. J. Modi, G. Tyc // Fourth International Conf. on Tethers in Space. Washington, 10−14 April, 1995.
79. Добронравов, В. В. Курс теоретической механики. 4-е изд., перераб. и доп. / В. В. Добронравов, Н. Н. Никитин. -М.: Высш. школа, 1983. 575 с.
80. Маркеев, А. П. Теоретическая механика: Учебник для университетов / А. П. Маркеев. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. — 592 с.
81. Меркин, Д. Р.
Введение
в механику гибкой нити / Д. Р. Меркин. М.: Наука, 1980.-240 с.
82. Нариманов, Г. С. Основы теории полета космических аппаратов / Под ред. д-ра физ.-мат. наук Г. С. Нариманова и д-ра техн. наук М. К. Тихонова. -М.: «Машиностроение», 1972. -608с.
83. Ockels, W. J. «Space mail» and tethers, sample return capability for space station alpha / W. J. Ockels, E. J. van der Heide, M. Kruijff // 46th International Astronautical Congress. IAF-95-T.4.10, Oslo, Norway, October 2−6, 1995.
84. ACES Results Электронный ресурс. Режим доступа: http://web.mit.edU/3.082/www/teamlf02/results.html.
85. Aslanov, V. S. Dynamics of tethered satellite systems / V. S. Aslanov, A. S. Ledkov. Woodhead Publishing, Cambridge, 2012. — 350 p.
86. Kumar, K. D. Orbit Transfer of Service Vehicle/Payload Through Tether Retrieval / K. D. Kumar, T. Yasaka, T. Sasaki, T. // Acta Astronautica. 2004. -Vol. 54, No. 9, 2004. — P. 687−698.
87. Kane, T. R. Deployment of a Cable-Supported Payload from an Orbiting Spacecraft / T. R. Kane, D. A. Levinson // Journal of Spacecraft and Rockets. -1977.-Vol. 14, No. 7.-P. 409−413.
88. Pelaez, J. On the Dynamics of the Deployment of a Tether from an Orbiter-I. Basic Equations / J. Pelaez // Acta Astronautica. 1995. — Vol. 36, No. 2. — P. 113−122.
89. Zhu, R. Dynamics of Tether-Assisted Reentry Vehicle System / R. Zhu, A. K. Misra, H. Lin // Advances in the Astronautical Sciences. 1993. — Vol. 84, Pt. 2. -P. 1387−1402.
90. Kumar, K. D. Payload Deployment by Reusable Launch Vehicle Using Tether / K. D. Kumar // Journal of Spacecraft and Rockets. 2001. — Vol. 38, No. 2. — P. 291−294.
91. Chernousko, F. L. Dynamics of Retrieval of a Space Tethered System / F. L. Chernoushko // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 1995. — Vol. 59, No. 2.-P. 165−173.
92. Fujii, H. A. Mission Function Control of Deployment/Retrieval of a Subsatellite / H. A. Fujii, S. Ishijima // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1989. -Vol. 12, No. 2.-P. 243−247.
93. Cosmo, M. Transient Dynamics of the Tether Elevator/Crawler System / M. Cosmo, E. C. Lorenzini, S. Vetrella, A. Moccia, A. // Proceedings of AIAA/AAS Astrodynamics Conference, AIAA, Washington, DC. 1988. — P. 480−489.
94. Modi, V. J. Dynamics and Control of a Space Station Based Tethered Elevator System / V. J. Modi, S. Bachmann, A. K. Misra // Acta Astronautica. 1993. -Vol. 29, No. 6.-P. 429−449.
95. Carroll, J. A. Tether Applications in Space Transportation / J. A. Carroll // Acta Astronautica. 1986.-Vol.13, No. 4.-P. 165−174.
96. Colombo, G. Use of Tethers for Payload Orbit Transfer / G. Colombo, M. Martinez-Sanchez, D. Arnold // Smithsonian Inst. Astrophysical Observatory Rept., NAS 8−33 691, Cambridge, MA. March 1982.
97. Kumar, K. Satellite Attitude Stabilization Through Tether / K. Kumar // Acta Astronautica. 1995. — Vol. 35, No. 6. — P. 385−390.
98. Lang, D. L. Operations with Tethered Space Vehicles / D. L. Lang, R. K. Nolting // Gemini Summary Conference. Feb. 1967. — NASA SP-138. — P. 5564.
99. Иванов, В. А. Тросовые системы в космосе / В. А. Иванов // Авиация и космонавтика. 1984. — № 5. — С. 43−44.
100. Bekey, I. Tether propulsion /1. Bekey, P. A. Penzo // Aerospace America. 1986. — Vol. 24. № 7. — P. 40−43.
101. Cantafio, L. J. Photovoltaic gravitationaly stabilised, solid state satellite solar power station / L. J. Cantafio, V. A. Chobotov, M. G. Wolfe // Journal of Energy. 1977. — Vol.1. № 6. — P. 352−363.
102. Nolan, M. B. Shuttle tethered satellite program / M. B. Nolan, R. Hudson, J. M. Sisson // 35-th International Astronautical Congress, Lausanne, Switzerland. October 7−13, 1984, — P. 84−437.
103. Kim, I Practical guidelines for electro-dynamic tethers to survive from orbital debris impacts / I. Kim, H. Hirayama, T. Hanada // Advances in Space Research. 2010. — № 45. — P. 1292−1300.
104. Садов, Ю. А. Формы равновесия гибкого троса в плоскости круговой орбиты. 0- и 1-параметрические семейства / Ю. А. Садов // Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН. 2001. — № 68. — С. 1−29.