EA038209B1 - Damping device for stabilizing an electrodynamic rope system in the near-earth space - Google Patents

Damping device for stabilizing an electrodynamic rope system in the near-earth space Download PDF

Info

Publication number
EA038209B1
EA038209B1 EA201900525A EA201900525A EA038209B1 EA 038209 B1 EA038209 B1 EA 038209B1 EA 201900525 A EA201900525 A EA 201900525A EA 201900525 A EA201900525 A EA 201900525A EA 038209 B1 EA038209 B1 EA 038209B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
cable
collector
mass
earth
rope
Prior art date
Application number
EA201900525A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201900525A2 (en
EA201900525A3 (en
Inventor
Алексей Александрович ТИХОНОВ
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Publication of EA201900525A2 publication Critical patent/EA201900525A2/en
Publication of EA201900525A3 publication Critical patent/EA201900525A3/en
Publication of EA038209B1 publication Critical patent/EA038209B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/32Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using earth's magnetic field
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/34Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using gravity gradient
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/38Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control damping of oscillations, e.g. nutation dampers

Abstract

The invention relates to space technology and can be used to stabilize a space rope system in the near-Earth space. For the electrodynamic rope system to function in the near-Earth space in the mode of orientation along the local vertical, collectors are placed to collect charges of opposite signs at the ends of the rope. When the charges interact with the Earth magnetic field, a moment of Lorentzian forces arises, which has an orienting effect on the rope. To achieve an asymptotically stable orientation of the rope along the local vertical, a charge value on one of the collectors is changed in accordance with the conditions defined by a current orientation of the rope, and parameters of the rope are selected in accordance with the conditions that also take into account the influence of disturbing moments, which makes it possible to solve the problem of stabilizing the rope in a position along the local vertical.

Description

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для стабилизации космической тросовой системы в околоземном пространстве с целью повышения эффективности его функционирования в процессе уборки космического мусора.The invention relates to the field of space technology and can be used to stabilize the space tether system in near-earth space in order to increase the efficiency of its functioning in the process of cleaning up space debris.

Выполненные к настоящему времени теоретические разработки и проведенные испытания в открытом космосе позволяют утверждать, что электродинамические тросовые системы (ЭДТС), включающие проводящие тросы, взаимодействующие с магнитным полем Земли, могут использоваться как источники Амперовой силы тяги в околоземном пространстве [1]. В частности, ЭДТС может использоваться как перспективный источник силы тяги, не требующий расхода топлива, для решения актуальной задачи спуска с орбиты отработанных элементов космических систем [2-11].The theoretical developments carried out to date and tests carried out in open space allow us to assert that electrodynamic tether systems (EDTS), including conductive cables interacting with the Earth's magnetic field, can be used as sources of the Ampere traction force in near-Earth space [1]. In particular, EDTS can be used as a promising source of traction force, which does not require fuel consumption, for solving the urgent problem of descent from orbit of spent elements of space systems [2-11].

Из анализа направлений тока, протекающего вдоль троса, и магнитной индукции магнитного поля Земли следует, что наибольшей эффективностью отличается трос, функционирующий в режиме проводника с током, ориентированного в околоземном пространстве вдоль местной вертикали. Данная ориентация троса является устойчивой в центральном ньютоновском гравитационном поле [1]. Вместе с тем, установлено, что под действием момента сил Ампера вертикальная ориентация троса разрушается [1]. Проблема неустойчивости ЭДТС известна и рассматривается специалистами как критически важная [8,12]. Решению этой проблемы посвящен ряд работ [2-15], в которых делается вывод о том, что для борьбы с динамической неустойчивостью должно использоваться управление. Среди возможных подходов к ее решению предлагаются различные варианты управления силой тока, протекающего по тросу. Например, в [12,13] предлагается использовать устройства для периодического выключения тока, протекающего по тросу.From the analysis of the directions of the current flowing along the cable and the magnetic induction of the Earth's magnetic field, it follows that the most efficient is the cable operating in the mode of a conductor with a current oriented in the near-earth space along the local vertical. This orientation of the tether is stable in the central Newtonian gravitational field [1]. At the same time, it was found that under the action of the moment of Ampere forces, the vertical orientation of the cable is destroyed [1]. The problem of EDTS instability is known and is considered by specialists as critically important [8,12]. A number of works [2-15] are devoted to solving this problem, in which it is concluded that control should be used to combat dynamic instability. Among the possible approaches to its solution, various options for controlling the strength of the current flowing along the cable are proposed. For example, in [12,13] it is proposed to use devices for periodically switching off the current flowing through the cable.

Однако, в большинстве случаев ЭДТС должна функционировать в условиях, предполагающих непрерывное протекание тока вдоль троса в одном направлении, например, для создания упомянутой выше силы тяги с целью удаления космического мусора [2-11] или для работы ЭДТС в режиме генератора мощности [16]. Поэтому общим недостатком упомянутых выше способов управления электродинамическим тросом является периодическое выключение тока, протекающего по тросу, или переключение направления тока, что снижает эффективность ЭДТС и ограничивает возможности их использования.However, in most cases, the EDTS should function under conditions that imply a continuous flow of current along the cable in one direction, for example, to create the above-mentioned traction force in order to remove space debris [2-11] or for the operation of the EDTS in the power generator mode [16] ... Therefore, a common disadvantage of the above-mentioned methods for controlling an electrodynamic cable is the periodic shutdown of the current flowing through the cable, or switching the direction of the current, which reduces the efficiency of the EDTS and limits the possibilities of their use.

Известны патенты [17,18], в которых предложено отказаться от периодического выключения тока, протекающего по тросу, или переключения направления тока, а управляющие сигналы формировать на основе измерений параметров текущего состояния троса и последующих расчетов. Измерения напряжения и силы тока в тросе и, возможно, натяжения троса, используются в [17,18] для формирования таких вариаций силы тока, которые совпадают со значениями силы тока, индуцированными геомагнитным полем при нежелательных компонентах скорости троса. Кроме того, в соответствии с алгоритмом [17,18], требуется интегрирование системы дифференциальных уравнений движения ЭДТС для выработки управляющего сигнала на формирование управляющего импульса силы тока. Недостатком подхода [17,18] является сложность системы управления, вызванная необходимостью выполнения измерений для оценки состояния троса в процессе движения, что, в свою очередь, снижает ее надежность.Known patents [17, 18], in which it is proposed to abandon the periodic shutdown of the current flowing through the cable, or switching the direction of the current, and generate control signals based on measurements of the parameters of the current state of the cable and subsequent calculations. Measurements of the voltage and current in the cable and, possibly, the tension of the cable, are used in [17, 18] to form such variations in the amperage that coincide with the values of the current intensity induced by the geomagnetic field with undesirable components of the cable velocity. In addition, in accordance with the algorithm [17, 18], it is required to integrate the system of differential equations of motion of the EDTS to generate a control signal for the formation of a control current pulse. The disadvantage of the approach [17, 18] is the complexity of the control system caused by the need to perform measurements to assess the state of the cable during movement, which, in turn, reduces its reliability.

Наиболее близким к заявляемому устройству является патент [19], выбранный в качестве прототипа, не требующий системы управления силой тока, пропускаемого по тросу, а также не требующий устройств для измерения натяжения троса, и предлагающий разделить заряды на концах троса и использовать возникающий вследствие этого момент сил Лоренца как дополнительный стабилизирующий момент. Устройство, предложенное в [19], создает восстанавливающий момент, используемый для стабилизации ЭДТС. Доказаны существование, единственность и устойчивость положения равновесия троса в натянутом состоянии вдоль местной вертикали. Однако для обеспечения асимптотической устойчивости вертикального положения троса наряду с восстанавливающим требуется также диссипативный момент. Поэтому недостатком подхода [19] является то, что в нем не раскрыт способ реализации диссипативного момента, а численные расчеты выполнены для весьма малого по величине модельного диссипативного момента, реализуемого пассивным способом.The closest to the claimed device is the patent [19], selected as a prototype, which does not require a control system for the current transmitted through the cable, and also does not require devices for measuring the cable tension, and offers to separate the charges at the ends of the cable and use the resulting moment Lorentz forces as an additional stabilizing moment. The device proposed in [19] creates a restoring torque used to stabilize the EDTS. The existence, uniqueness and stability of the taut equilibrium position along the local vertical are proved. However, to ensure the asymptotic stability of the vertical position of the cable, along with the restoring one, a dissipative moment is also required. Therefore, the disadvantage of the approach [19] is that it does not disclose a method for realizing the dissipative moment, and numerical calculations are performed for a very small model dissipative moment, which is realized in a passive way.

Задача данного изобретения заключается в совершенствовании устройства стабилизации вертикального положения троса, повышении его эффективности (робастности) и быстродействия путем создания активного управляющего момента диссипативного характера. Решение этой задачи позволяет расширить область применимости ЭДТС, функционирующих в режиме ориентации вдоль местной вертикали.The objective of this invention is to improve the device for stabilizing the vertical position of the cable, increasing its efficiency (robustness) and speed by creating an active control torque of a dissipative nature. The solution of this problem makes it possible to expand the area of applicability of EDTS operating in the orientation mode along the local vertical.

Техническим результатом заявленного устройства является стабилизация ЭДТС в положении, когда трос вытянут вдоль местной вертикали. Указанный технический результат реализуется заявленным устройством, схема которого поясняется фиг. 1-2. На фиг. 1 представлена орбитальная система координат Cξηζ, являющаяся базовой системой при решении задачи стабилизации ЭДТС. Точка С является центром масс ЭДТС. В номинальном режиме ось z, направленная вдоль натянутого троса, коллинеарна оси Сф, направленной вдоль радиуса-вектора точки С относительно притягивающего центра. Оси Cξ и Сп направлены соответственно по положительной трансверсали к орбите и по нормали к плоскости орбиты. На фиг. 2 представлена схема заявленного устройства; на фиг. 3 представлены углы, определяющие ориентацию оси z троса в орбитальной системе координат; на фиг. 4 представлена граница области сущест- 1 038209 вования косых положений равновесия ЭДТС; на фиг. 5-15 представлены результаты численного моделирования процесса стабилизации ЭДТС.The technical result of the claimed device is the stabilization of the EDTS in the position when the cable is stretched along the local vertical. The specified technical result is implemented by the claimed device, the diagram of which is illustrated in FIG. 1-2. FIG. 1 shows the orbital coordinate system Cξηζ, which is the basic system for solving the problem of stabilizing the EDTS. Point C is the center of mass of the EDTS. In the nominal mode, the z axis, directed along the taut cable, is collinear with the Сф axis directed along the radius vector of the point С relative to the attracting center. The axes Cξ and Cn are directed, respectively, along the positive transversal to the orbit and along the normal to the orbital plane. FIG. 2 shows a diagram of the claimed device; in fig. 3 shows the angles defining the orientation of the z-axis of the tether in the orbital coordinate system; in fig. 4 shows the boundary of the region of existence of oblique equilibrium positions of the EDTS; in fig. Figures 5-15 show the results of numerical modeling of the EDTS stabilization process.

Заявленное устройство поясняется фиг. 2, на которой 1 - трос; 2 - коллектор положительного заряда, соединенный с концевым телом 3 троса посредством электроизолирующего крепления 4; 5 - электронный эмиттер (не менее чем один), электрически соединенный с коллектором 2 и расположенный внутри электроизолирующего крепления 4; 6 - концевое тело на противоположном конце троса, соединенное с коллектором отрицательного заряда 7 посредством электроизолирующего крепления 8; 9 - электронный эмиттер (не менее чем один), электрически соединенный с концевым телом 6 и расположенный внутри электроизолирующего крепления 8; 10 - электроизолирующее крепление, внутри которого расположен электронный эмиттер (не менее чем один) 11, электрически соединенный с коллектором отрицательного заряда 7; 12 - блок управления, работой эмиттера 11, присоединенный к коллектору отрицательного заряда 7 с помощью электроизолирующего крепления 10; 13 - измерительное устройство, входящее в состав блока управления 12.The claimed device is illustrated in FIG. 2, on which 1 is a cable; 2 - a positive charge collector connected to the end body 3 of the cable by means of an electrically insulating attachment 4; 5 - electronic emitter (at least one), electrically connected to the collector 2 and located inside the electrically insulating mount 4; 6 - end body at the opposite end of the cable, connected to the negative charge collector 7 by means of an electrically insulating attachment 8; 9 - electronic emitter (at least one), electrically connected to the end body 6 and located inside the electrically insulating mount 8; 10 - electrically insulating mount, inside which there is an electronic emitter (at least one) 11, electrically connected to the negative charge collector 7; 12 - control unit, the operation of the emitter 11, connected to the negative charge collector 7 by means of an electrically insulating attachment 10; 13 - measuring device included in the control unit 12.

Работа заявленного устройства поясняется фиг. 2. К концам проводящего изолированного троса 1 (фиг. 2) присоединены коллекторы - устройства для сбора электрических зарядов. Коллектор 2, находящийся на верхнем конце троса (том, который дальше от Земли), с помощью электроизолирующих креплений 4 соединен с концевым телом 3 проводящего троса 1. Коллектор 2 получает положительный заряд, поддерживаемый одним или несколькими электронными эмиттерами (например, полевыми электронными эмиттерами, холодными электронными эмиттерами на основе нанопористого углерода, или холловскими ионными источниками) 5, передающими отрицательный заряд на концевое тело 3. На противоположном конце троса (том, который ближе к Земле) концевое тело 6 соединено с коллектором 7 посредством электроизолирующего крепления 8. Коллектор 7 получает отрицательный заряд, поддерживаемый одним или несколькими электронными эмиттерами 9, передающими отрицательный заряд с концевого тела 6. В соответствии с алгоритмом управления коллектор 7 отдает часть отрицательного заряда в околоземное пространство с помощью электронных эмиттеров 11 на основании управляющих сигналов, вырабатываемых блоком управления 12, включающим измерительное устройство 13 для измерения угла отклонения троса от вертикали и производной этого угла по времени, а также счетно-решающее и управляющее устройства.The operation of the claimed device is illustrated in FIG. 2. Collectors - devices for collecting electric charges are connected to the ends of the conductive insulated cable 1 (Fig. 2). Collector 2, located at the upper end of the cable (the one that is farther from the Earth), by means of electrically insulating fasteners 4 is connected to the end body 3 of the conductive cable 1. Collector 2 receives a positive charge supported by one or more electronic emitters (for example, field electronic emitters, cold electron emitters based on nanoporous carbon, or Hall ion sources) 5, transmitting a negative charge to the end body 3. At the opposite end of the cable (the one that is closer to the Earth), the end body 6 is connected to the collector 7 by means of an electrically insulating attachment 8. The collector 7 receives negative charge, supported by one or more electronic emitters 9, transmitting a negative charge from the end body 6. In accordance with the control algorithm, the collector 7 gives off a part of the negative charge to the near-earth space using the electronic emitters 11 based on the control signals generated by the control unit 1 2, including a measuring device 13 for measuring the angle of deviation of the cable from the vertical and the time derivative of this angle, as well as a calculating and control device.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, состоит в совершенствовании устройства стабилизации вертикального положения троса, повышении его эффективности (робастности) и быстродействия.The technical result achieved by the claimed invention consists in improving the device for stabilizing the vertical position of the cable, increasing its efficiency (robustness) and speed.

Указанный технический результат достигается тем, что размещение положительно заряженного коллектора 2 (фиг. 2) на верхнем конце троса 1 (фиг. 2) и отрицательно заряженного коллектора 7 (фиг. 2) на нижнем конце троса приводит к возбуждению момента сил Лоренца, воздействующих на коллекторы, и оказывающего ориентирующее действие на трос, а изменение величины заряда на нижнем конце троса в соответствии с текущим значением θ угла отклонения троса от вертикали и производной & от этого угла по времени приводит к возбуждению момента, имеющего диссипативный характер. При выполнении условий на параметры ЭДТС, указанные моменты обеспечивают существование и асимптотическую устойчивость вертикального положения равновесия троса и решают задачу стабилизации троса в этом положении.This technical result is achieved by the fact that the placement of a positively charged collector 2 (Fig. 2) at the upper end of the cable 1 (Fig. 2) and a negatively charged collector 7 (Fig. 2) at the lower end of the cable leads to the excitation of a moment of Lorentz forces acting on collectors, and exerting an orienting effect on the cable, and a change in the magnitude of the charge at the lower end of the cable in accordance with the current value θ of the angle of deviation of the cable from the vertical and the derivative & of this angle in time leads to the excitation of a moment having a dissipative character. When the conditions for the EDTS parameters are met, the indicated moments ensure the existence and asymptotic stability of the vertical equilibrium position of the cable and solve the problem of stabilizing the cable in this position.

Работоспособность заявленного устройства обеспечивается источниками электроэнергии, преобразованной из световой с помощью солнечных батарей, входящих в состав ЭДТС (на фиг. 2 не показаны ввиду их известности и широкого использования). Источники электроэнергии обеспечивают работу эмиттеров по поддержанию зарядов на коллекторах и предотвращению разрядки коллекторов в процессе движения через плазму околоземного пространства.The operability of the claimed device is provided by sources of electricity converted from light with the help of solar cells, which are part of the EDTS (not shown in Fig. 2 due to their popularity and widespread use). Sources of electricity ensure the operation of the emitters to maintain the charges on the collectors and prevent the discharge of the collectors in the process of moving through the plasma of the near-earth space.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. Для ЭДТС, центр масс которой (точка С) движется со скоростью относительно магнитного поля Земли (МПЗ), характеризуемого магнитной индукцией , накопление электростатических зарядов q1 и q2 на коллекторах ЭДТС приводит к возникновению момента лоренцевых сил, определяемого по формуле [21]The essence of the claimed invention is as follows. For an EDTS, the center of mass of which (point C) moves at a speed relative to the Earth's magnetic field (EMF), characterized by magnetic induction, the accumulation of electrostatic charges q1 and q 2 on the EDTS collectors leads to the appearance of a moment of Lorentzian forces determined by the formula [21]

ML = PxA\vcxB), (1) оказывающего при определенных условиях ориентирующее воздействие на ЭДТС и используемого в качестве восстанавливающего момента наряду с гравитационным моментом [20].M L = PxA \ v c xB), (1) exerting an orienting effect on the EDTS under certain conditions and used as a restoring moment along with the gravitational moment [20].

В данном случае, тела, присоединенные к концам троса, считаются точечными, а их вращательным движением можно пренебречь ввиду малости отношения характерного размера тела к длине троса. Упругие деформации троса также не рассматриваются. Трос считается натянутым вдоль оси z с ортом а его либрационное движение относительно центра масс не влияет на его орбитальное движение. При сделанР = vr = Ρ(ωη - ωΡη, ных предположениях 1 1 ζ Δ' ° υ t u где zi - расстояние от центра масс системы до центра масс грузов, присоединенных к тросу на нижнем конце, z2 - расстояние от центра массIn this case, the bodies attached to the ends of the cable are considered pointlike, and their rotational motion can be neglected due to the small ratio of the characteristic size of the body to the length of the cable. Elastic deformations of the cable are also not considered. The tether is considered to be stretched along the z-axis with the unit vector, and its librational motion relative to the center of mass does not affect its orbital motion. When P = v r = Ρ (ω η - ω Ρ ) ξ η , under the assumptions 1 1 ζ Δυ tu where zi is the distance from the center of mass of the system to the center of mass of the loads attached to the cable at the lower end, z 2 - distance from center of mass

- 2 038209 системы до центра масс грузов, присоединенных к тросу на верхнем конце, ω0 - орбитальная угловая скорость центра масс ЭДТС, ωE - угловая скорость суточного вращения Земли, R - радиус орбиты центра масс ЭДТС. В условиях моделирования МПЗ прямым магнитным диполем ^~ ’ где g01 = - 29556.8 нТл - гауссов коэффициент, RE - средний радиус Земли.- 2 038209 systems to the center of mass of the cargo attached to the cable at the upper end, ω 0 is the orbital angular velocity of the center of mass of the EDTS, ω E is the angular velocity of the Earth's daily rotation, R is the radius of the orbit of the center of mass of the EDTS. Under the conditions of modeling the EMF by a direct magnetic dipole ^ ~ 'where g 0 1 = - 29556.8 nT is the Gaussian coefficient, RE is the average radius of the Earth.

Анализ математической модели ЭДТС позволяет получить условия, при которых достигается режим стабилизированного движения ЭДТС. Установлено (подробнее - в приложении), что существование, единственность и асимптотическая устойчивость положения равновесия троса длиной I в натянутом состоянии вдоль местной вертикали обеспечивается выбором таких параметров троса и присоединенных к нему вышеупомянутых масс, для которых расстояния от центра масс системы до центров заряженных коллекторов одинаковы и выполняется неравенствоAnalysis of the mathematical model of the EDTS allows one to obtain the conditions under which the mode of stabilized movement of the EDTS is achieved. It has been established (for more details - in the appendix) that the existence, uniqueness and asymptotic stability of the equilibrium position of a cable of length I in a taut state along the local vertical is ensured by choosing such parameters of the cable and the aforementioned masses attached to it, for which the distances from the center of mass of the system to the centers of charged collectors are the same and the inequality

I ! Оо ~ ωΕ )(^20 — ^10 ) > γ /2)I! Oo ~ ω Ε) (^ 20 - ^ 10) > γ / 2)

4lR2(Dg(m2 +mQ /6) ’ где I - длина троса, m0 - масса троса, m2 - масса грузов, присоединенных к тросу на верхнем конце, q20 - постоянная часть заряда на верхнем коллекторе ЭДТС, q10 - постоянная часть заряда на нижнем коллекторе ЭДТС. Общий заряд на нижнем коллекторе 7 складывается из постоянной части q10 и переменной (управляемой) части #1» определяемой по формуле ^^2» где #2 - небольшая, вообще говоря, переменная часть заряда на верхнем коллекторе 2, а коэффициент kq изменяется по закону4lR 2 (Dg (m 2 + m Q / 6) 'where I is the length of the cable, m 0 is the mass of the cable, m 2 is the mass of weights attached to the cable at the upper end, q 20 is the constant part of the charge on the upper EDTS collector, q 10 is the constant part of the charge on the lower collector of the EDTS The total charge on the lower collector 7 is the sum of the constant part q 10 and the variable (controllable) part # 1 "determined by the formula - ^^ 2" where # 2 is a small, generally speaking, variable part of the charge on the upper collector 2, and the coefficient k q changes according to the law

2d х . [d >0 при & >0 kq =---3-sign&-l, j .2d x. [d> 0 for &> 0 k q = --- 3-sign & -l, j.

^2 причем параметр d принимает значения А = θ пРи ^ 2 and the parameter d takes the values A = θ n P and

Заявленное изобретение апробировано компьютерным моделированием на базе математикомеханического факультета заявителя - Санкт-Петербургского государственного университета. Примеры апробации приведены ниже.The claimed invention has been tested by computer simulation on the basis of the applicant's mathematical and mechanical faculty - St. Petersburg State University. Examples of approbation are given below.

Пример 1.Example 1.

Вначале был выполнен численный анализ неравенства (2) для множества ЭДТС со следующими значениями радиуса орбиты и электростатических параметров: R = 7-106 м, q10 = -5-10’2 Кл, q20 = 5-10’2 Кл. Результат приведен на фиг. 4, где по горизонтальной оси отложены значения m2+m0/6 (кг), а по вертикальной - значения I (м). Если длины и массы таковы, что изображающая точка лежит ниже кривой на графике, то неравенство (2) выполняется. Например, пусть I = 100 м, погонная масса троса γ = 2-10-3 кг/м, m1 = m2 = 30 кг. Тогда неравенство (2) выполнено. Пример подтверждает выполнимость неравенства (2) для обширного множества в пространстве параметров ЭДТС.First, a numerical analysis of inequality (2) was carried out for a set of EDTS with the following values of the orbital radius and electrostatic parameters: R = 7-106 m, q 10 = -5-10 ' 2 C, q20 = 5-10' 2 C. The result is shown in FIG. 4, where the values of m2 + m 0/6 (kg) are plotted along the horizontal axis, and the values of I (m) are plotted along the vertical axis. If the lengths and masses are such that the representing point lies below the curve on the graph, then inequality (2) is satisfied. For example, let I = 100 m, the linear mass of the rope γ = 2-10-3 kg / m, m1 = m 2 = 30 kg. Then inequality (2) is satisfied. An example confirms the validity of inequality (2) for an extensive set in the space of parameters of EDTS.

Пример 2.Example 2.

Выполнена серия численных экспериментов, моделирующих процесс стабилизации ЭДТС в режиме вертикального расположения троса. Для иллюстрации численного моделирования процесса стабилизации выбран пример конструкции ЭДТС, содержащей трос длиной 200 м, обладающий погонной массой γ = 2-10-3 кг/м и проводящий ток I = 2A. Масса на нижнем конце троса m1 = 55 кг, масса на верхнем конце троса m2 = 50 кг. Центр заряда коллектора на нижнем конце троса имеет координату zi = -95 м, центр заряда коллектора на верхнем конце троса имеет координату z2 = 105 м. Центр масс ЭДТС движется по круговой экваториальной орбите радиуса R = 7-106 м.A series of numerical experiments has been carried out to simulate the process of stabilization of the EDTS in the mode of vertical positioning of the cable. To illustrate the numerical simulation of the stabilization process, an example of an EDTS design was chosen, containing a cable 200 m long, having a linear mass γ = 2-10 -3 kg / m and a conducting current I = 2A. The mass at the lower end of the cable is m1 = 55 kg, the mass at the upper end of the cable is m 2 = 50 kg. The center of the collector charge at the lower end of the cable has the coordinate zi = -95 m, the center of the collector charge at the upper end of the cable has the coordinate z 2 = 105 m. The center of mass of the EDTS moves in a circular equatorial orbit of radius R = 7-106 m.

Фиг. 5-8 иллюстрируют движение ЭДТС с нулевыми зарядами на коллекторах (система стабилизации не работает). В начальный момент времени трос был отклонен от местной вертикали на угол l рад в плоскости (η, ζ) и отпущен без начальной угловой скорости относительно орбитальной системы координат. Вертикальное положение троса оказывается неустойчивым, что наглядно демонстрируется поведением направляющего косинуса γ3 (фиг. 5), отклоняющегося с течением времени от целевого значения γ3 = 1 под действием Амперова момента, а также поведением модуля ортогональной к тросу составляющей его относительной угловой скорости, отнесенной к орбитальной угловой скорости (фиг. 6). Здесь и далее на всех рисунках по горизонтальной оси откладывается безразмерный угол - аргумент широты u = ω0t. Заметим, что во все время движения величина возмущающего Амперова момента остается малой (фиг. 7) - на 2 порядка меньше величины гравитационного момента (фиг. 8), стремящегося стабилизировать ЭДТС вдоль местной вертикали. Модельный диссипативный момент я _ _Ввзя\ы) , взятый в точности в том виде, который был ранее предложен в [19] (J - тензор инерции ЭДТС) с безразмерным малым параметром h = 0.001, изменяясь со временем, качественно повторяет кривую на графике фиг. 6 и принимает значения в пределах от 0.0005 до 0.0025 Н, то есть во все время движения он остается по величине на порядок меньше возмущающего Амперова момента и не способен ликвидировать неустойчивость вертикального положения троса.FIG. 5-8 illustrate the movement of EDTS with zero charges on the collectors (the stabilization system does not work). At the initial moment of time, the cable was deflected from the local vertical by an angle l rad in the plane (η, ζ) and released without an initial angular velocity relative to the orbital coordinate system. The vertical position of the cable turns out to be unstable, which is clearly demonstrated by the behavior of the guiding cosine γ 3 (Fig. 5), which deviates over time from the target value γ 3 = 1 under the action of the Ampere moment, as well as the behavior of the modulus orthogonal to the cable of its relative angular velocity component, referred to to the orbital angular velocity (Fig. 6). Hereinafter, in all figures, a dimensionless angle is plotted along the horizontal axis - the argument of latitude u = ω 0 t. Note that during the entire time of motion the magnitude of the perturbing Ampere moment remains small (Fig. 7) - 2 orders of magnitude less than the value of the gravitational moment (Fig. 8), which tends to stabilize the EDTS along the local vertical. The model dissipative moment I _ _ Vvzya \ s), taken exactly in the form that was previously proposed in [19] (J is the tensor of inertia of the EDTS) with a dimensionless small parameter h = 0.001, changing with time, qualitatively repeats the curve on the graph fig. 6 and takes values in the range from 0.0005 to 0.0025 N, that is, during the entire movement it remains an order of magnitude less than the disturbing Ampere moment and is not able to eliminate the instability of the vertical position of the cable.

Фиг. 9-10 иллюстрируют движение ЭДТС с ненулевыми зарядами на коллекторах (q1 = - 0.05 Кл, q2 = 0.05 Кл) в соответствии с подходом, предложенным в [19]. Все остальные параметры ЭДТС и начальные условия ее движения сохранены без изменений, как в случае фиг. 5-8, соответствующих нулевым зарядам на коллекторах. Результаты численного интегрирования (совпадающие с соответствующимиFIG. 9-10 illustrate the motion of EDTS with nonzero charges on the collectors (q1 = - 0.05 C, q 2 = 0.05 C) in accordance with the approach proposed in [19]. All other parameters of the EDTS and the initial conditions of its motion are retained unchanged, as in the case of Fig. 5-8, corresponding to zero charges on the collectors. Numerical integration results (coinciding with the corresponding

- 3 038209 результатами из [19]), показывают, что направляющий косинус γ3 медленно стремится к целевому значению γ3 = 1 (фиг. 9), а модуль ортогональной к тросу составляющей его относительной угловой скорости, отнесенной к орбитальной угловой скорости, стремится к нулю (фиг. 10).- 3 038209 results from [19]), show that the direction cosine γ 3 slowly tends to the target value γ 3 = 1 (Fig. 9), and the modulus of its relative angular velocity component orthogonal to the tether, referred to the orbital angular velocity, tends to zero (Fig. 10).

Фиг. 11-15 иллюстрируют движение ЭДТС с системой активного демпфирования колебаний троса в соответствии с заявленным изобретением. Как и в предыдущих случаях, в начальный момент времени трос был отклонен от местной вертикали на угол l рад в плоскости (η, ζ) и отпущен без начальной угловой скорости относительно орбитальной системы координат. Результаты численного интегрирования показывают, что направляющий косинус γ3 стремится к целевому значению γ3 = 1 (фиг. 11) на порядок быстрее, чем при отсутствии активного демпфирования (фиг. 9), а модуль ортогональной к тросу составляющей его относительной угловой скорости, отнесенной к орбитальной угловой скорости, стремится к нулю (фиг. 12) на порядок быстрее, чем при отсутствии активного демпфирования (фиг. 10).FIG. 11-15 illustrate the movement of an EDTS with an active cable damping system in accordance with the claimed invention. As in the previous cases, at the initial moment of time the cable was deflected from the local vertical by an angle l rad in the plane (η, ζ) and released without the initial angular velocity relative to the orbital coordinate system. The results of numerical integration show that the direction cosine γ3 tends to the target value γ3 = 1 (Fig. 11) an order of magnitude faster than in the absence of active damping (Fig. 9), and the modulus of the tether component of its relative angular velocity referred to the orbital angular velocity tends to zero (Fig. 12) an order of magnitude faster than in the absence of active damping (Fig. 10).

Заметим, что во все время движения величина управляющего диссипативного момента остается малой (фиг. 13) - на порядок меньше величины восстанавливающего лоренцева момента (фиг. 14), стремящегося стабилизировать ЭДТС вдоль местной вертикали. Такое соотношение величин восстанавливающего и демпфирующего моментов согласуется с необходимостью поддержания отрицательного заряда на нижнем конце троса. Численный расчет значения q1 в режиме управляемого движения ЭДТС подтверждает, что заряд q1 остается отрицательным во все время движения (фиг. 15) и, с течением времени, по мере стабилизации вертикального положения троса стремится к стационарному значению -3-10-2 Кл.Note that during the entire time of motion the value of the control dissipative moment remains small (Fig. 13) - an order of magnitude less than the value of the restoring Lorentzian moment (Fig. 14), which tends to stabilize the EDTS along the local vertical. This ratio of the values of the restoring and damping moments is consistent with the need to maintain a negative charge at the lower end of the cable. Numerical calculation of the value of q1 in the mode of controlled movement of the EDTS confirms that the charge q1 remains negative during the entire movement (Fig. 15) and, over time, as the vertical position of the cable stabilizes, tends to a stationary value of -3-10 -2 C.

Заметим также, что в рассмотренных примерах численного моделирования выбраны худшие значения параметров ЭДТС, для которых условие (2) не выполняется. Более того, не выполняется даже соотношение z1 = -z2, что позволяет рассматривать Амперов момент как постоянно действующее возмущение, естественным образом возникающее в данной задаче. Сравнение графиков, приведенных на фиг. 9 и фиг. 11, а также фиг. 10 и фиг. 12, свидетельствует о том, что включение заявляемого демпфирующего устройства, обеспечивающего создание активного управляющего момента диссипативного характера, в состав системы стабилизации ЭДТС позволяет повысить эффективность (робастность) и быстродействие системы по сравнению с прототипом и, тем самым, усовершенствовать устройство стабилизации вертикального положения троса. Решение этой задачи, в свою очередь, позволяет расширить область применимости ЭДТС, функционирующих в режиме ориентации вдоль местной вертикали.We also note that in the considered examples of numerical modeling, the worst values of the EDTS parameters are selected, for which condition (2) is not satisfied. Moreover, even the relation z1 = -z 2 does not hold, which allows us to consider the Ampere moment as a constantly acting perturbation that naturally arises in this problem. Comparison of the graphs shown in FIG. 9 and FIG. 11 as well as FIG. 10 and FIG. 12, indicates that the inclusion of the inventive damping device, which ensures the creation of an active control torque of a dissipative nature, in the EDTS stabilization system makes it possible to increase the efficiency (robustness) and speed of the system in comparison with the prototype and, thereby, improve the device for stabilizing the vertical position of the cable. The solution of this problem, in turn, makes it possible to expand the area of applicability of EDTS operating in the orientation mode along the local vertical.

Как показали приведенные выше примеры, компьютерное моделирование процессов стабилизации ЭДТС в режиме вертикального расположения троса, аналитические исследования и численные эксперименты, заявленное устройство может генерировать активным образом управляющий момент диссипативного характера, что повышает эффективность (робастность) и быстродействие системы стабилизации по сравнению с прототипом, а также позволяет работать системе ЭДТС в режиме отсутствия управления силой тока, пропускаемого по тросу, что повышает эффективность работы самой ЭДТС. При этом заявленное устройство, как показал пример 2, позволяет обеспечить асимптотическую устойчивость вертикального положения троса за счет эффективно реализованной возможности разделения зарядов на концах троса и активному управлению зарядом на нижнем коллекторе путем использования возникающего вследствие этого момента сил Лоренца как управляющего стабилизирующего момента. Все это позволяет эффективнее по сравнению с аналогами обеспечить номинальный режим движения ЭДТС для удаления космического мусора.As the above examples have shown, computer simulation of EDTS stabilization processes in the vertical cable mode, analytical studies and numerical experiments, the claimed device can actively generate a control torque of a dissipative nature, which increases the efficiency (robustness) and speed of the stabilization system in comparison with the prototype, and also allows the EDTS system to operate in the absence of control of the current flowing through the cable, which increases the efficiency of the EDTS itself. At the same time, the claimed device, as shown by example 2, makes it possible to ensure the asymptotic stability of the vertical position of the cable due to the effectively realized possibility of separating charges at the ends of the cable and active control of the charge on the lower collector by using the resulting moment of the Lorentz forces as a control stabilizing moment. All this makes it possible to more efficiently provide the nominal mode of motion of the EDTS for removing space debris compared to analogs.

- 4 038209- 4 038209

Список использованной литературы:List of used literature:

1. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. М., Наука,1. Beletsky V.V., Levin E.M. Dynamics of space tether systems. M., Science,

1990,336 с.1990,336 s.

2. Forward R.L. Electrodynamic drag terminator tether, Appendix К of high strength-toweight tapered Hoytether for LEO to GEO payload transport, Final Report on NASA SBIR Phase I Contract NAS8-40690,10 July 1996.2. Forward R.L. Electrodynamic drag terminator tether, Appendix K of high strength-toweight tapered Hoytether for LEO to GEO payload transport, Final Report on NASA SBIR Phase I Contract NAS8-40690,10 July 1996.

3. Forward R.L., Hoyt R.P., Uphoff C. Application of the Terminator Tether™ electrodynamic drag technology to the deorbit of constellation spacecraft, Paper AIAA 983491, 34th Joint Propulsion Conference and Exhibition, Cleveland, OH, July 13-15,1998.3. Forward R.L., Hoyt R.P., Uphoff C. Application of the Terminator Tether ™ electrodynamic drag technology to the deorbit of constellation spacecraft, Paper AIAA 983491, 34th Joint Propulsion Conference and Exhibition, Cleveland, OH, July 13-15.1998.

4. Forward R.L., Hoyt R.P. Terminator Tether™: a spacecraft deorbit device, Journal of Spacecraft and Rockets 37 (2000) 187-196.4. Forward R.L., Hoyt R.P. Terminator Tether ™: a spacecraft deorbit device, Journal of Spacecraft and Rockets 37 (2000) 187-196.

5. Cosmo M.L., Lorenzini E.C. (Eds.) Tethers in Space Handbook, 3-rd ed., Smithsonian Astrophysical Observatory, Cambridge, MA, USA, 1997.5. Cosmo M.L., Lorenzini E.C. (Eds.) Tethers in Space Handbook, 3rd ed., Smithsonian Astrophysical Observatory, Cambridge, MA, USA, 1997.

6. Forward R.L. et.al. Electrodynamic tether and method of use, U.S. Pat. No. 6,116,544, Sep. 12, 2000.6. Forward R.L. et.al. Electrodynamic tether and method of use, U.S. Pat. No. 6,116,544, Sep. 12, 2000.

7. Vannaroni G., Dobrowolny M., De Venuto F. Deorbiting with electrodynamic tethers: comparison between different tether configurations, Space Debris 1 (2001) 159-172.7. Vannaroni G., Dobrowolny M., De Venuto F. Deorbiting with electrodynamic tethers: comparison between different tether configurations, Space Debris 1 (2001) 159-172.

8. less L., Bruno C. et al. Satellite de-orbiting by means of electrodynamic tethers part I: general concepts and requirements, Acta Astronautica 50 (2002) 399-406.8. less L., Bruno C. et al. Satellite de-orbiting by means of electrodynamic tethers part I: general concepts and requirements, Acta Astronautica 50 (2002) 399-406.

9. less L., Bruno C. et al. Satellite deorbiting by means of electrodynamic tethers Part II: system configuration and performance, Acta Astronautica 50 (2002) 407-416.9. less L., Bruno C. et al. Satellite deorbiting by means of electrodynamic tethers Part II: system configuration and performance, Acta Astronautica 50 (2002) 407-416.

10. Ishige Y., Kawamoto S., Kibe S. Study on electrodynamic tether system for space debris removal, Acta Astronautica 55 (2004) 917-929.10. Ishige Y., Kawamoto S., Kibe S. Study on electrodynamic tether system for space debris removal, Acta Astronautica 55 (2004) 917-929.

11. Yamaigiwa Y., Hiragi E., Kishimoto T. Dynamic behavior of electrodynamic tether deorbit system on elliptical orbit and its control by Lorentz force, Aerospace Science and Technology 9 (2005) 366-373.11. Yamaigiwa Y., Hiragi E., Kishimoto T. Dynamic behavior of electrodynamic tether deorbit system on elliptical orbit and its control by Lorentz force, Aerospace Science and Technology 9 (2005) 366-373.

12. Zhong R., Zhu Z.H. Libration dynamics and stability of electrodynamic tethers in satellite deorbit, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 116 (2013) 279-298.12. Zhong R., Zhu Z.H. Libration dynamics and stability of electrodynamic tethers in satellite deorbit, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 116 (2013) 279-298.

13. Corsi J., less L. Stability and control of electrodynamic tethers for de-orbiting applications, Acta Astronautica 48 (2001) 491-501.13. Corsi J., less L. Stability and control of electrodynamic tethers for de-orbiting applications, Acta Astronautica 48 (2001) 491-501.

14. Pelaez J., Ruiz M., Lopez-Rebollal 0., Lorenzini E.C., Cosmo M. A two bar model for the dynamics and stability of electrodynamic tethers, Journal of Guidance, Control and Dynamics 25 (2002) 1125-1135.14. Pelaez J., Ruiz M., Lopez-Rebollal 0., Lorenzini E.C., Cosmo M. A two bar model for the dynamics and stability of electrodynamic tethers, Journal of Guidance, Control and Dynamics 25 (2002) 1125-1135.

15. Larsen M.B., Blanke M. Passivity-based control of a rigid electrodynamic tether, Journal of Guidance, Control, and Dynamics 34 (2011) 118-127.15. Larsen M.B., Blanke M. Passivity-based control of a rigid electrodynamic tether, Journal of Guidance, Control, and Dynamics 34 (2011) 118-127.

16. Roberts et al. Tether power generator for Earth orbiting satellites, U.S. Pat. No. 4,923,15116. Roberts et al. Tether power generator for Earth orbiting satellites, U.S. Pat. No. 4,923,151

Bl, Mar. 1, 1998.Bl, Mar. 1, 1998.

17. Levin E.M., Carroll J.A. Apparatus for observing and stabilizing electrodynamic tethers, U.S. Pat. No. 6,755,377 Bl, Jun. 29, 2004.17. Levin E.M., Carroll J.A. Apparatus for observing and stabilizing electrodynamic tethers, U.S. Pat. No. 6,755,377 Bl, Jun. 29, 2004.

18. Levin E.M., Carroll J.A. Method for observing and stabilizing electrodynamic tethers, U.S. Pat. No. 6,758,443 Bl, Jul. 6, 2004.18. Levin E.M., Carroll J.A. Method for observing and stabilizing electrodynamic tethers, U.S. Pat. No. 6,758,443 Bl, Jul. 6, 2004.

19. Тихонов A.A. Патент RU - № 2666610 на изобретение «Устройство стабилизации электродинамической тросовой системы для удаления космического мусора», Приоритет 22.08.2017, Дата гос. регистрации в Гос. реестре изобретений РФ 11.09.2018.19. Tikhonov A.A. Patent RU - No. 2666610 for the invention "Device for stabilizing an electrodynamic cable system for removing space debris", Priority 08/22/2017, Date of state. registration in the State. the register of inventions of the Russian Federation 09/11/2018.

- (прототип)- (prototype)

20. Белецкий В.В. Движение спутника относительно центра масс в гравитационном поле. М., изд. Моск, ун-та, 1975. 308 с.20. Beletsky V.V. Satellite motion relative to the center of mass in a gravitational field. M., ed. Moscow University, 1975.308 p.

21. Петров К.Г., Тихонов А.А. Момент сил Лоренца, действующих на заряженный спутник в магнитном поле Земли. 4.2: Вычисление момента и оценки его составляющих // Веста. С.- Петербург, ун-та. Сер.1. 1999. Вып. 3 (No. 15). С. 81-91.21. Petrov K.G., Tikhonov A.A. The moment of Lorentz forces acting on a charged satellite in the Earth's magnetic field. 4.2: Calculation of the moment and the assessment of its components // Vesta. St. Petersburg, un-that. Ser. 1. 1999. Issue. 3 (No. 15). S. 81-91.

Claims (2)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Демпфирующее устройство для стабилизации электродинамической тросовой системы в околоземном пространстве, содержащее проводящий электроизолированный трос, один конец троса снабжен коллектором положительно заряженных частиц, соединенным с концевым телом троса через электроизолятор, внутри которого расположен не менее чем один электронный эмиттер, генерирующий электронный пучок с коллектора положительно заряженных частиц, второй конец изолированного троса снабжен коллектором отрицательно заряженных частиц, соединенным с концевым телом троса через электроизолятор, внутри которого расположен не менее чем один электронный эмиттер, генерирующий электронный пучок с концевого тела троса, отличающееся тем, что коллектор отрицательно заряженных частиц снабжен электроизолятором цилиндрической формы, внутри которого расположен не менее чем один1. A damping device for stabilizing an electrodynamic cable system in near-earth space, containing a conducting electrically insulated cable, one end of the cable is equipped with a collector of positively charged particles connected to the end body of the cable through an electrical insulator, inside which there is at least one electron emitter that generates an electron beam from the collector positively charged particles, the second end of the insulated cable is equipped with a collector of negatively charged particles connected to the end body of the cable through an electrical insulator, inside which there is at least one electron emitter, which generates an electron beam from the end body of the cable, characterized in that the collector of negatively charged particles is equipped with an electrical insulator cylindrical shape, inside which there is at least one - 5 038209 электронный эмиттер, а с внешней стороны электроизолятора расположен блок управления работой эмиттера, при этом блок управления содержит измерительное устройство для измерения угла отклонения троса от вертикали, а отрицательно заряженный коллектор имеет управляемый заряд с величиной q1, где:- 5 038209 electronic emitter, and on the outside of the electrical insulator there is a control unit for the operation of the emitter, while the control unit contains a measuring device for measuring the angle of deviation of the cable from the vertical, and the negatively charged collector has a controlled charge with a value of q1, where: Ч\ = Чю~к^г<0,H \ = Chu ~ k ^ r <0, 2d ik = — Th sign#при & > 0 kq = -1 при & < 0 θ - угол отклонения троса от вертикали,2d ik = - Th sign # for &> 0 k q = -1 for &<0 θ is the angle of deviation of the cable from the vertical, - производная угла θ по времени, q10 - постоянная часть заряда на отрицательно заряженном коллекторе, ^2 - небольшая часть заряда q2 на положительно заряженном коллекторе, d - положительная постоянная величина, выбор q10, ^2 и d не нарушает неравенство q1<0,is the derivative of the angle θ with respect to time, q 10 is a constant part of the charge on a negatively charged collector, ^ 2 is a small part of the charge q 2 on a positively charged collector, d is a positive constant, the choice of q 10 , ^ 2 and d does not violate the inequality q1 < 0, I - длина троса.I is the length of the cable. 2. Демпфирующее устройство для стабилизации электродинамической тросовой системы в околоземном пространстве по п.1, отличающееся тем, что расстояния от центра масс системы до центров заряженных коллекторов одинаковы, а длина троса и заряды коллекторов соответствуют неравенству:2. A damping device for stabilizing an electrodynamic tether system in near-earth space according to claim 1, characterized in that the distances from the center of mass of the system to the centers of charged collectors are the same, and the length of the cable and the charges of the collectors correspond to the inequality: I £1 I (^0 ~ ωΕ )(^20 ~ 010 ) > |I £ 1 I (^ 0 ~ ω Ε) (^ 20 ~ 010) > | ΜΚ2ωΙ(τη2 +mQ /6) ’ где m0 - масса троса, m2 - масса положительно заряженного коллектора с присоединенными к нему электроизолятором и концевым телом троса, q20 - постоянная часть заряда на положительно заряженном коллекторе,ΜΚ 2 ωΙ (τη 2 + m Q / 6) 'where m 0 is the mass of the cable, m2 is the mass of the positively charged collector with the electrical insulator and the end body of the cable connected to it, q20 is the constant part of the charge on the positively charged collector, RE - средний радиус Земли, g0 1 = -29556.8 нТл - гауссов коэффициент, ω0 - орбитальная угловая скорость центра масс, ωΕ - угловая скорость суточного вращения Земли, R - радиус орбиты центра масс.RE is the mean radius of the Earth, g 0 1 = -29556.8 nT is the Gaussian coefficient, ω 0 is the orbital angular velocity of the center of mass, ω Ε is the angular velocity of the Earth's daily rotation, R is the radius of the orbit of the center of mass.
EA201900525A 2018-11-16 2019-11-14 Damping device for stabilizing an electrodynamic rope system in the near-earth space EA038209B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140698A RU2709295C1 (en) 2018-11-16 2018-11-16 Damping device for stabilization of electrodynamic rope system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EA201900525A2 EA201900525A2 (en) 2020-08-31
EA201900525A3 EA201900525A3 (en) 2020-11-30
EA038209B1 true EA038209B1 (en) 2021-07-23

Family

ID=69006922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201900525A EA038209B1 (en) 2018-11-16 2019-11-14 Damping device for stabilizing an electrodynamic rope system in the near-earth space

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA038209B1 (en)
RU (1) RU2709295C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1819829A1 (en) * 1991-03-29 1993-06-07 Mo I Svyazi Method of erection of space structures on base of dynamic flexible coupling
RU2092401C1 (en) * 1995-07-05 1997-10-10 Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Method of electrodynamic action with magnetoplasma near-planet medium and electrodynamic cable system for realization of this method
US6755377B1 (en) * 2001-03-07 2004-06-29 Tether Applications, Inc. Apparatus for observing and stabilizing electrodynamic tethers
RU2666610C1 (en) * 2017-08-22 2018-09-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Device of stabilization of electrodynamic cable system for removing space waste

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1819829A1 (en) * 1991-03-29 1993-06-07 Mo I Svyazi Method of erection of space structures on base of dynamic flexible coupling
RU2092401C1 (en) * 1995-07-05 1997-10-10 Центральный научно-исследовательский институт машиностроения Method of electrodynamic action with magnetoplasma near-planet medium and electrodynamic cable system for realization of this method
US6755377B1 (en) * 2001-03-07 2004-06-29 Tether Applications, Inc. Apparatus for observing and stabilizing electrodynamic tethers
US6758443B1 (en) * 2001-03-07 2004-07-06 Tether Applications, Inc. Method for observing and stabilizing electrodynamic tethers
RU2666610C1 (en) * 2017-08-22 2018-09-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Device of stabilization of electrodynamic cable system for removing space waste

Also Published As

Publication number Publication date
EA201900525A2 (en) 2020-08-31
EA201900525A3 (en) 2020-11-30
RU2709295C1 (en) 2019-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8205838B2 (en) Electrostatic spacecraft reorbiter
Mier-Hicks et al. Electrospray thrusters as precise attitude control actuators for small satellites
Martel et al. Miniature ion electrospray thrusters and performance test on cubesats
Liu et al. An investigation on tether-tugging de-orbit of defunct geostationary satellites
Tikhonov et al. On dependence of equilibrium characteristics of the space tethered system on environmental parameters
Streetman et al. Gravity-assist maneuvers augmented by the Lorentz force
Lorenzini et al. Electrodynamic tethers in space
EA038209B1 (en) Damping device for stabilizing an electrodynamic rope system in the near-earth space
EA035609B1 (en) Device for stabilizing an electrodynamic rope system for space debris removal
Gangestad et al. Propellantless stationkeeping at Enceladus via the electromagnetic Lorentz force
Luo et al. Libration control of bare electrodynamic tether for three-dimensional deployment
Lapkhanov et al. Analysis of technologies for spacecraft removal from Low Earth Orbits using onboard-produced electromagnetic and magnetic fields
Lagno et al. Parameters design of autonomous docking module and the choice of suitable target and primary payload for ADR
Tikhonov A control method for angular stabilization of an electrodynamic tether system
Kulkov et al. Circuit design analysis and application effectiveness estimation for small spacecraft with electrodynamic tether systems
Asundi et al. A Technology Demonstration Mission to Validate On-orbit the Utility of Charged Ultra-thin Wires Drag Enhancement System
Zhong et al. Dynamics of deorbiting of low earth orbit nano-satellites by bare electrodynamic tether
Tikhonov et al. On the attitude control of an electrodynamic tether system interacting with near-Earth plasma
Iliffe et al. Two-Axis Attitude Control of a Deputy Satellite during Out-of-Plane Guidance in a Coulomb Formation
Streetman Lorentz-augmented orbit dynamics and mission design
Liu et al. Dynamics of Single Charged Wire for Solar Wind Electric Sail
Kearney et al. An attitude control system for the deployment and stabilisation of a tethered dual cubesat mission
Stone et al. A preliminary assessment of grid spheres used as end-body electrodes for electrodynamic tethers
Voevodin et al. Simulation of the Braking Process of a Nanosatellite Using an Electrodynamic Tether System
Zakrzhevskii et al. Motion parameters of an electrodynamic tether in orbit