RU2564930C1 - Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground - Google Patents

Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground Download PDF

Info

Publication number
RU2564930C1
RU2564930C1 RU2014109512/11A RU2014109512A RU2564930C1 RU 2564930 C1 RU2564930 C1 RU 2564930C1 RU 2014109512/11 A RU2014109512/11 A RU 2014109512/11A RU 2014109512 A RU2014109512 A RU 2014109512A RU 2564930 C1 RU2564930 C1 RU 2564930C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cable
lander
rope
orbital
deployment
Prior art date
Application number
RU2014109512/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014109512A (en
Inventor
Валерий Иванович Щербаков
Алексей Петрович Софьин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
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 казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации, Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2014109512/11A priority Critical patent/RU2564930C1/en
Publication of RU2014109512A publication Critical patent/RU2014109512A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2564930C1 publication Critical patent/RU2564930C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to control over displacement of space objects tied by the rope. Proposed process comprises disconnection of said objects to impart to the lander of initial velocity of blowup against orbital velocity vector. Then, the rope is released at invariable tension force at lander ejection to change the bundle into tail pendulum motion mode in shockless manner to fix the rope length. Said rope is cut when lander passes the local vertical of orbital station. Acceleration of said rope tension force at separation of lander from orbital station is J ¯ = 0,0534 Δ V ¯ ,
Figure 00000017
where Δ V ¯
Figure 00000018
is the magnitude of transversal impulse of repulsion velocity. These data are related to appropriate parameters of starting circular orbit.
EFFECT: ruled out sections of lander return motion with the rope, simplified control over descent.
4 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, преимущественно к космическим тросовым системам. Изобретение может быть использовано для доставки с орбитальной станции на Землю спускаемого аппарата без использования реактивной двигательной установки и затрат рабочего тела на выполнение маневров.The invention relates to space technology, mainly to space cable systems. The invention can be used to deliver a descent vehicle from an orbital station to Earth without using a jet propulsion system and the cost of a working fluid for performing maneuvers.

Под космической тросовой системой (КТС) понимается совокупность из двух космических аппаратов, соединенных длинным тонким тросом. Наличие этой механической неудерживающей связи позволяет целенаправленно перераспределять полную механическую энергию всей системы между ее концевыми элементами. При этом соединительный трос выполняет функцию проводника механической энергии. Это является физической основой для использования принципа энерго-массового обмена в орбитальных маневрах.The space cable system (CTS) refers to a combination of two spacecraft connected by a long thin cable. The presence of this mechanical non-holding connection allows you to purposefully redistribute the total mechanical energy of the entire system between its end elements. In this case, the connecting cable acts as a conductor of mechanical energy. This is the physical basis for using the principle of energy-mass exchange in orbital maneuvers.

Среди целевых маневров КТС наиболее полно в теоретическом и экспериментальном плане проработан спуск с орбиты на Землю малого спускаемого аппарата (СА) [2, 4-12].Among the target maneuvers of the spacecraft, the descent from the orbit to the Earth of the small descent vehicle (SA) was most fully worked out theoretically and experimentally [2, 4-12].

Перевод СА с исходной круговой орбиты на траекторию спуска после его отделения от орбитальной станции (ОС) и обмена импульсами производится за счет перераспределения полной механической энергии всей системы между ее элементами. При этом полная механическая энергия СА уменьшается до величины, необходимой для входа в атмосферу Земли и спуска, а полная механическая энергия ОС возрастает на соответствующую величину. Принцип обмена механической энергией в такой системе реализуется в соответствии с третьим законом Ньютона через реакцию натяжения троса, которая может выступать в качестве управляющего воздействия. Величина силы натяжения троса зависит от соотношения масс элементов КТС, параметров орбиты центра масс КТС и параметров относительного движения СА.The transfer of SA from the initial circular orbit to the descent trajectory after its separation from the orbital station (OS) and the exchange of pulses is carried out by redistributing the total mechanical energy of the entire system between its elements. In this case, the total mechanical energy of the SA decreases to the value necessary for entering the Earth’s atmosphere and descent, and the total mechanical energy of the OS increases by the corresponding value. The principle of exchange of mechanical energy in such a system is implemented in accordance with Newton’s third law through a cable tension reaction, which can act as a control action. The magnitude of the cable tension force depends on the ratio of the masses of the elements of the CCC, the parameters of the orbit of the center of mass of the CCC, and the parameters of the relative motion of the CA.

Переход СА на траекторию спуска происходит после отделения СА от ОС, развертывания троса на заданную длину с последующим переводом КТС в режим попутного маятникового движения и отрезанием троса в момент прохождения СА местной вертикали ОС. Эта схема маневра теоретически обоснована, экспериментально апробирована и на сегодняшний день считается наиболее вероятной в практической реализации.The transition of the CA to the descent trajectory occurs after the separation of the CA from the OS, deployment of the cable to a predetermined length, followed by the transfer of the CCC to the mode of associated pendulum movement and cutting of the cable at the time of passing the CA local vertical OS. This scheme of maneuver is theoretically justified, experimentally tested, and today it is considered the most probable in practical implementation.

Развертывание КТС на заданную длину троса в технологической цепочке маневра является основной задачей, техническая реализация которой может быть достигнута различными способами. Все известные способы развертывания связки двух космических объектов основаны на следующей общей схеме. В исходном состоянии два объекта, соединенных тросом, состыкованы друг с другом, а трос компактно уложен. В определенный момент времени объекты расстыковываются и одному из объектов или обоим объектам сообщают начальную скорость расхождения, например, с помощью пружинных толкателей. После этого объекты осуществляют взаимное расхождение, во время которого производится выпуск соединяющего их троса. Выпуск троса осуществляется с помощью различных устройств до момента достижения заданных терминальных условий. Если достижение заданных терминальных условий обеспечивается начальными условиями движения СА в момент разделения при свободной подаче троса, то соответствующая схема развертывания называется пассивной. Если производится управляемая подача троса, то соответствующая схема развертывания называется активной.Deploying a CCC to a given cable length in the maneuver technological chain is the main task, the technical implementation of which can be achieved in various ways. All known methods for deploying a bunch of two space objects are based on the following general scheme. In the initial state, two objects connected by a cable are docked with each other, and the cable is compactly laid. At a certain point in time, the objects are undocked and one of the objects or both objects is informed of the initial speed of divergence, for example, using spring pushers. After that, the objects carry out a mutual divergence, during which the cable connecting them is released. The release of the cable is carried out using various devices until the specified terminal conditions are reached. If the achievement of the specified terminal conditions is ensured by the initial conditions of the CA movement at the time of separation during the free supply of the cable, then the corresponding deployment scheme is called passive. If a controlled cable feed is made, then the corresponding deployment scheme is called active.

Таким образом, схема пассивного развертывания КТС исчерпывающе может быть описана параметрами обмена импульсами при разделении связанных объектов. Для описания схемы активного развертывания КТС дополнительно требуется определить программу обмена полной механической энергией между связанными объектами. Заметим, что интенсивность энергообмена в КТС, которая характеризуется мощностью реакции связи, напрямую зависит от параметров обмена импульсами. Следовательно, параметры обмена импульсами и параметры программы обмена полной механической энергией между связанными объектами являются ведущими проектными параметрами, поскольку определяют энергетическую эффективность маневра, принципиальную схему устройства развертывания КТС и алгоритм управления этим устройством.Thus, the passive deployment scheme of the CCC can be exhaustively described by the parameters of the momentum exchange in the separation of related objects. To describe the active deployment scheme of the CCC, it is additionally required to determine a program for the exchange of total mechanical energy between related objects. Note that the intensity of energy exchange in the CCC, which is characterized by the power of the coupling reaction, directly depends on the parameters of the momentum exchange. Consequently, the parameters of the momentum exchange and the parameters of the program for the exchange of total mechanical energy between related objects are the leading design parameters, since they determine the energy efficiency of the maneuver, the circuit diagram of the deployment system of the CCC and the control algorithm of this device.

Достаточно подробный анализ схем пассивного и активного развертывания КТС представлен в работах [1, 3, 4, 6, 8]. Принципиальное развитие схем развертывания КТС из монолитного состояния для решения целевых задач происходит в рамках этих двух направлений. Выделим характерные особенности этих схем.A fairly detailed analysis of the passive and active deployment schemes of the CCC is presented in [1, 3, 4, 6, 8]. The principal development of CCC deployment schemes from a monolithic state for solving targets is taking place in the framework of these two areas. We highlight the characteristic features of these schemes.

Активное развертывание. После импульсного разделения объектов и удаления их на некоторое расстояние при свободной подаче троса наступает фаза управляемой подачи троса с устройства депонирования. Управляемое развертывание завершается программно при достижении требуемых терминальных условий либо завершение определяется условием выпуска троса с устройства депонирования на полную длину. В некоторых схемах активного развертывания может отсутствовать обмен импульсами и начальная фаза пассивного развертывания. Так было в американо-итальянских космических экспериментах на корабле "Спейс Шаттл" с привязным спутником массой 500 кг, отводимым на электропроводном тросе длиной 20 км. Выпуск троса в этих экспериментах осуществлялся с помощью лебедки, состоящей из барабана с намотанным тросом, автоматизированного электропривода и выдвижной фермы. Привязной спутник был снабжен реактивными двигателями для разгона спутника в начале его отведения.Active deployment. After pulsed separation of objects and their removal to a certain distance with the free supply of the cable, the phase of the controlled supply of the cable from the deposit device begins. Managed deployment is completed programmatically when the required terminal conditions are reached, or completion is determined by the condition for the release of the cable from the full-length deposit device. In some active deployment schemes, impulse exchange and the initial phase of passive deployment may be absent. So it was in the US-Italian space experiments on the Space Shuttle with a tethered satellite weighing 500 kg, relegated to a conductive cable 20 km long. The release of the cable in these experiments was carried out using a winch consisting of a drum with a wound cable, an automated electric drive and a retractable truss. The tethered satellite was equipped with jet engines to disperse the satellite at the beginning of its assignment.

«Классическая» схема активного развертывания КТС в задаче спуска легкой капсулы с орбиты на поверхность Земли была реализована в космическом эксперименте YES2 на КА «Фотон-М» в сентябре 2007 года: импульсное отделение СА вниз по местной вертикали с последующим развертыванием троса по двухэтапной программе с различными законами управления силой натяжения [5]. Первый этап - выведение СА на местную вертикаль ОС на удалении 3-5 км. Управление силой натяжения троса на первом этапе производится по сложному закону и практически сразу после отделения СА. Управление силой натяжения на втором этапе имеет релейный характер. Управление имеет целью развертывание КТС на заданную длину троса с обеспечением в конце участка разведения условий перехода системы в устойчивый режим попутного маятникового движения с максимально возможной амплитудой.The “classical” scheme for active deployment of the CCC in the task of launching a light capsule from orbit to the Earth’s surface was implemented in the YES2 space experiment on the Foton-M spacecraft in September 2007: pulsed separation of the SA down the local vertical followed by the deployment of the cable in a two-stage program with various laws of controlling the force of tension [5]. The first stage is the removal of the SA to the local OS vertical at a distance of 3-5 km. The control of the tension force of the cable at the first stage is carried out according to a complex law and almost immediately after the separation of the SA. The control of the tension force in the second stage is of a relay nature. The control aims to deploy the CCC to a predetermined length of the cable, providing at the end of the section of breeding conditions for the system to transition to a stable mode of associated pendulum motion with the maximum possible amplitude.

Пассивное развертывание. Начальная фаза развертывания - это обмен импульсами, как правило, по линии вектора орбитальной скорости. Далее выполняется неуправляемый выпуск троса в процессе расхождения объектов (фиг. 1). В соответствии с законами орбитального относительного движения длительность процесса пассивного развертывания кратна периоду обращения центра масс КТС [8, 9]. Трос обычно выпускается с помощью невращающейся ("безынерционной") катушки, которая должна обеспечивать упорядоченный выход троса с небольшим сопротивлением. Такие устройства свободной подачи троса, разработанные Carroll J.А. и протестированные в орбитальном эксперименте SEDS [13], показали уровень относительного ускорения сопротивления J ¯ 10 5

Figure 00000001
.Passive deployment. The initial phase of deployment is the exchange of momenta, usually along the line of the orbital velocity vector. Next, the uncontrolled release of the cable is performed in the process of diverging objects (Fig. 1). In accordance with the laws of orbital relative motion, the duration of the passive deployment process is a multiple of the period of rotation of the center of mass of the CTS [8, 9]. The cable is usually produced using a non-rotating ("inertialess") coil, which should provide an ordered output of the cable with a small resistance. Such free cable feeders developed by Carroll J.A. and tested in the SEDS orbital experiment [13], showed the level of relative resistance acceleration J ¯ 10 - 5
Figure 00000001
.

Схема пассивного развертывания КТС хорошо зарекомендовала себя в космических экспериментах: в 1966 г. с кораблями "Джемини" и ракетной ступенью "Аджена", соединенных синтетической лентой длиной 30 м; в 1981-1985 г. в четырех американо-японских экспериментах на зондирующих ракетах с полезными грузами массой 75 кг, отводимыми на электропроводных тросах длиной 400 м; в двух канадских экспериментах на зондирующих ракетах с полезными грузами массой 100 кг, отводимыми на электропроводных тросах длиной 958 м OEDIPUS-A в 1989 г. и OEDIPUS-C в 1995 г; в 1993 г. в американском эксперименте SEDS-1 на ракете "Дельта-2" с полезным грузом массой 25 кг, отводимым на полиэтиленовом тросе длиной 20 км; в 1993 г. в американском эксперименте PMG на ракете "Дельта-2" с полезным грузом, отводимым на тросе длиной 500 м.The passive deployment scheme of the CCC has worked well in space experiments: in 1966, with the Gemini ships and the Agen rocket stage connected by a 30 m long synthetic tape; in 1981-1985 in four US-Japanese experiments on sounding missiles with payloads weighing 75 kg, allotted on conductive cables 400 m long; in two Canadian experiments on sounding missiles with payloads of 100 kg weighing on conductive cables 958 m long OEDIPUS-A in 1989 and OEDIPUS-C in 1995; in 1993, in the American SEDS-1 experiment on a Delta-2 rocket with a payload of 25 kg weighed on a polyethylene cable 20 km long; in 1993, in the American PMG experiment on a Delta-2 rocket with a payload carried on a 500 m cable.

Схема маневра спуска с орбиты на поверхность Земли СА на основе пассивного развертывания КТС [7-9] выгодно отличается от управляемого развертывания возможностью применения более простых технических устройств, несложных алгоритмов управления этими устройствами, а также обеспечивает максимальную разность энергопотенциалов связанных объектов [10].The scheme for maneuvering a spacecraft from orbit to the Earth’s surface based on passive deployment of the spacecraft [7–9] compares favorably with controlled deployment by the possibility of using simpler technical devices, simple control algorithms for these devices, and also provides the maximum energy potential difference between related objects [10].

Наиболее близким аналогом изобретения является способ доставки с орбиты на поверхность Земли малого КА, описание которого изложено в работе [7]. Способ предусматривает следующую последовательность технологических операций. Отделение СА от ОС, находящейся на околоземной круговой орбите, обеспечивается сообщением СА начальной скорости расхождения против вектора орбитальной скорости с помощью трансверсального тормозного импульса. Затем производится пассивное развертывание КТС путем свободного выпуска троса при взаимном удалении объектов. В конце этапа пассивного развертывания КТС на траектории относительного движения СА начинается кратковременный участок реверсного движения, где во избежание провисания троса необходимо производить выборку излишков длины троса со скоростью сближения СА и ОС. В конце реверсного участка при нулевой относительной скорости СА выполняется фиксация троса, что позволяет создать условия плавного перехода в режим попутного колебательного движения КТС. Пассивное маятниковое движение КТС до момента прохождения СА местной вертикали ОС завершается отделением (путем разрезания троса) и переходом СА на траекторию спуска.The closest analogue of the invention is a method of delivery from orbit to the surface of the Earth of a small spacecraft, the description of which is described in [7]. The method provides the following sequence of technological operations. Separation of the SA from the OS located in near-Earth circular orbit is ensured by the message of the SA of the initial velocity of divergence against the orbital velocity vector using a transverse braking pulse. Then the passive deployment of the CCC is carried out by the free release of the cable with the mutual removal of objects. At the end of the stage of passive deployment of the CCC on the trajectory of the relative motion of the CA, a short-term section of the reverse movement begins, where, in order to avoid sagging of the cable, it is necessary to select excess cable length with the speed of approach of the CA and the OS. At the end of the reverse section, at a relative relative speed of zero, the cable is fixed, which creates the conditions for a smooth transition to the mode of associated vibrational motion of the CCC. The passive pendulum movement of the CCC until the CA passes the local vertical of the OS is completed by separation (by cutting the cable) and the transition of the CA to the descent trajectory.

Недостатком этого способа, принятого в качестве прототипа, является наличие петель на траектории пассивного развертывания - это, так называемые, реверсные участки движения СА (фиг. 2). На этих участках во избежание провисания и запутывания троса необходимо производить выборку свободного троса, чтобы обеспечить в конце реверсного участка условия безударного перевода КТС в режим попутного маятникового движения. Выполнение этой очень короткой по времени операции существенно усложняет устройство и программу развертывания КТС.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is the presence of loops on the trajectory of passive deployment - these are the so-called reverse sections of the SA movement (Fig. 2). In these sections, in order to avoid sagging and tangling of the cable, it is necessary to select a free cable in order to ensure at the end of the reverse section the conditions of shock-free transfer of the CCC to the mode of associated pendulum movement. Performing this very short time operation significantly complicates the design and deployment of the CCC.

Для устранения этого существенного недостатка предлагается способ развертывания космической тросовой системы при доставке спускаемого аппарата с орбитальной станции на Землю, в котором отсутствуют участки реверсного движения, а достоинства, характерные для пассивных схем развертывания, сохраняются.To eliminate this significant drawback, a method is proposed for deploying a space cable system for delivering a descent vehicle from an orbital station to Earth, in which there are no reverse motion sections, and the advantages characteristic of passive deployment schemes are preserved.

Идея предлагаемого способа основывается на том, что под действием малых возмущений (или управляющих воздействий) от силы натяжения троса на этапе пассивного развертывания КТС петли на траектории «стягиваются» (фиг. 3, 4), а время и протяженность участков возвратного движения сокращаются [8]. Идеальным условием для сопряжения траектории развертывания и траектории маятникового движения является превращение петли в точку излома под воздействием целенаправленного управления. В точке излома проекции скорости в орбитальной системе координат принимают нулевые значения, при этом проекция скорости на ось ординат меняет знак.The idea of the proposed method is based on the fact that under the influence of small perturbations (or control actions) from the cable tension force at the stage of passive deployment of the CCC, the loops on the trajectory “contract” (Fig. 3, 4), and the time and length of the sections of the return movement are reduced [8 ]. An ideal condition for pairing the deployment trajectory and the pendulum motion trajectory is to turn the loop into a break point under the influence of targeted control. At the kink point of the velocity projection in the orbital coordinate system, zero values are assumed, while the projection of the velocity on the ordinate axis changes sign.

Реализация предлагаемого способа заключается в следующем. Отделение СА от ОС, находящейся на околоземной круговой орбите, обеспечивается сообщением СА начальной скорости расхождения против вектора орбитальной скорости с помощью трансверсального тормозного импульса. После отделения СА от ОС развертывание КТС производится с воздействием на выпускаемый трос постоянной и определенной по величине силы натяжения. Это позволяет устранить петли на траектории движения СА и полностью исключить на траектории относительного движения СА участки реверсного движения. При достижении точки излома при нулевой относительной скорости СА выполняется фиксация длины троса и плавный переход в режим попутного колебательного движения КТС. В момент прохождения СА линии местной вертикали ОС выполняется его отделение (путем разрезания троса) и переход СА на траекторию спуска.The implementation of the proposed method is as follows. Separation of the SA from the OS located in near-Earth circular orbit is ensured by the message of the SA of the initial velocity of divergence against the orbital velocity vector using a transverse braking pulse. After the separation of the CA from the OS, the deployment of the CCC is performed with the effect on the produced cable of a constant and determined by the magnitude of the tension force. This allows you to eliminate the loop on the trajectory of the CA and completely exclude the reverse movement on the trajectory of the relative motion of the CA. When the break point is reached at a relative relative speed of zero, the cable length is fixed and a smooth transition to the mode of associated vibrational motion of the CCC is made. At the moment of passing the CA line of the local vertical line of the OS, it is separated (by cutting the cable) and the transition of the CA to the descent trajectory.

Проведенные исследования траекторий относительного движения привязного СА с малым значением постоянно действующего ускорения натяжения (пунктирная кривая на фиг. 4), направленного вдоль линии визирования концевых объектов, показали, что относительная величина управляющего ускорения натяжения троса J ¯

Figure 00000002
и относительная длина троса l ¯ 1
Figure 00000003
в точке излома траектории 1 линейно зависят от относительной величины импульса отделения СА Δ V ¯
Figure 00000004
: l ¯ 1 / Δ V ¯ = 18,93
Figure 00000005
; k = J ¯ / Δ V ¯ = 0,0534
Figure 00000006
; при Δ V ¯ 0,005
Figure 00000007
[8].Studies of the trajectories of the relative motion of the tethered SA with a small value of the constantly acting acceleration of tension (dashed curve in Fig. 4), directed along the line of sight of the end objects, showed that the relative magnitude of the control acceleration of the cable tension J ¯
Figure 00000002
and relative cable length l ¯ one
Figure 00000003
at the break point of trajectory 1 linearly depend on the relative magnitude of the separation pulse SA Δ V ¯
Figure 00000004
: l ¯ one / Δ V ¯ = 18.93
Figure 00000005
; k = J ¯ / Δ V ¯ = 0,0534
Figure 00000006
; at Δ V ¯ 0.005
Figure 00000007
[8].

Рассмотренные безразмерные величины получены нормированием по соответствующим параметрам движения центра масс КТС. Параметры относительного движения СА в точке излома идеально подходят в качестве начальных условий для перевода КТС из режима развертывания в режим маятникового движения. Во-первых, производные от параметров положения равны нулю, что соответствует «мягкой» остановке подачи троса - безударному сопряжению траекторий. Во-вторых, вторые производные от параметров положения положительны, что соответствует условиям устойчивого перехода в режим маятникового движения из максимальной угловой фазы. Эти условия исключают эффект «зависания» орбитального маятника в точке возврата.The considered dimensionless quantities were obtained by normalization to the corresponding parameters of the motion of the center of mass of the CCC. The parameters of the relative motion of the SA at the break point are ideally suited as initial conditions for the transfer of the CCC from the deployment mode to the pendulum motion mode. Firstly, the derivatives of the position parameters are equal to zero, which corresponds to a “soft” stop of the cable feed - unstressed pairing of trajectories. Secondly, the second derivatives of the position parameters are positive, which corresponds to the conditions of a stable transition to the pendulum motion mode from the maximum angular phase. These conditions exclude the effect of “freezing” of the orbital pendulum at the return point.

Заметим, что относительная величина управляемого ускорения натяжения, при котором петля на траектории относительного движения превращается в точку излома, очень мала. Ее максимальное значение J ¯ = k Δ V ¯ max = 2,67 10 4

Figure 00000008
, что эквивалентно величине силы реакции троса Fn=0,25 Н, приложенной к МКА массой 100 кг.We note that the relative magnitude of the controlled acceleration of tension, at which the loop on the trajectory of relative motion turns into a break point, is very small. Its maximum value J ¯ = k Δ V ¯ max = 2.67 10 - four
Figure 00000008
, which is equivalent to the value of the reaction force of the cable F n = 0.25 N applied to the MCA weighing 100 kg.

Исследование траекторий относительного движения СА при «больших» возмущениях k>k* показывает, что траектории становятся гладкими (пунктирная кривая на фиг. 4). На таких траекториях не выполняются условия безударного перевода КТС из режима развертывания в режим маятникового движения. Минимальное значение относительной скорости i ¯ 1 min > 0

Figure 00000009
достигается на этой траектории в точке 1 (фиг. 4). Например, при условии k=2·k* получаем, что l ¯ 1 / Δ V ¯ = 18,84
Figure 00000010
и i ¯ 1 / Δ V ¯ = 0,92
Figure 00000011
, то есть относительная скорость удаления СА в конце развертывания КТС соизмерима с величиной импульса скорости расталкивания объектов. Скорость удаления СА равна половине величины импульса расталкивания при значении параметра управления k=1,55·k*. Это позволяет сделать вывод об устойчивости траекторий развертывания КТС с малыми значениями постоянно действующего ускорения натяжения и их малой чувствительности к погрешностям управляющих воздействий.The study of the trajectories of the relative motion of the SA with "large" perturbations k> k * shows that the trajectories become smooth (dashed curve in Fig. 4). On such trajectories, the conditions of an unstressed transfer of the CCC from the deployment mode to the pendulum motion mode are not satisfied. The minimum value of the relative speed i ¯ one min > 0
Figure 00000009
achieved on this trajectory at point 1 (Fig. 4). For example, under the condition k = 2 · k *, we obtain l ¯ one / Δ V ¯ = 18.84
Figure 00000010
and i ¯ one / Δ V ¯ = 0.92
Figure 00000011
, that is, the relative rate of SA removal at the end of the CCC deployment is commensurate with the magnitude of the momentum repulsion rate of objects. The SA removal rate is equal to half the magnitude of the repulsion pulse with the control parameter k = 1.55 · k *. This allows us to conclude that the stability of the trajectories of the deployment of the CCC with small values of the constantly acting acceleration of tension and their low sensitivity to errors of control actions.

ЛИТЕРАТУРА 1. Динамика космических систем с тросовыми и шарнирными соединениями / А.П. Алпатов, В.В. Белецкий, В.И. Драновский, А.Е. Закржевский, А.В. Пироженко, Г. Трогер, B.C. Хорошилов. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2007. - 560 с.REFERENCES 1. Dynamics of space systems with cable and swivel joints / A.P. Alpatov, V.V. Beletsky, V.I. Dranovsky, A.E. Zakrzhevsky, A.V. Pirozhenko, G. Troger, B.C. Khoroshilov. - Moscow-Izhevsk: Research Center “Regular and Chaotic Dynamics”, Institute for Computer Research, 2007. - 560 p.

2. Асланов B.C., Ледков А.С., Стратилатов Н.Р. Пространственное движение космической тросовой системы, предназначенной для доставки груза на Землю // Полет. - 2007. - №2. - С. 28-33.2. Aslanov B.C., Ledkov A.S., Stratilatov N.R. Spatial motion of a space cable system designed to deliver cargo to Earth // Flight. - 2007. - No. 2. - S. 28-33.

3. Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. - М.: Наука, 1990. - 336 с. (Механика космического полета).3. Beletsky VV, Levin EM The dynamics of space cable systems. - M .: Nauka, 1990 .-- 336 p. (Space Flight Mechanics).

4. Иванов В.А., Ситарский Ю.С. Динамика полета системы гибко связанных космических объектов. - М.: Машиностроение, 1986. - 248 с.4. Ivanov V.A., Sitarsky Yu.S. Flight dynamics of a system of flexibly connected space objects. - M.: Mechanical Engineering, 1986.- 248 p.

5. Ишков С.А., Наумов С.А. Управление развертыванием орбитальной тросовой системы // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени С.П. Королева. - Самара, 2006. - Вып. 1(9). - С. 77-85.5. Ishkov S.A., Naumov S.A. Deployment management of the orbital cable system // Bulletin of the Samara State Aerospace University named after S.P. Queen. - Samara, 2006. - Vol. 1 (9). - S. 77-85.

6. Патент Российской Федерации. Способ развертывания орбитальной тросовой системы / В.Г. Осипов, Н.Л. Шошунов, В.И. Кочергин. - №2112714, 1998 г.6. Patent of the Russian Federation. The deployment method of the orbital cable system / V.G. Osipov, N.L. Shoshunov, V.I. Kochergin. - No. 2112714, 1998

7. Патент Российской Федерации. Способ доставки с орбитальной станции на Землю спускаемого аппарата на основе использования пассивного развертывания космической тросовой системы / В.И. Щербаков, А.П. Софьин. - №2497729, 2013 г.7. Patent of the Russian Federation. A method of delivering a descent vehicle from an orbital station to Earth based on the use of passive deployment of a space cable system / V.I. Shcherbakov, A.P. Sofin. - No. 2497729, 2013

8. Щербаков В.И. Спуск с орбиты малого КА с помощью космической тросовой системы. - LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken, Germany - 2012. - 232 c., ISBN 978-3-659-30778-2.8. Scherbakov V.I. Descent from orbit of a small spacecraft using a space cable system. - LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken, Germany - 2012 .-- 232 p., ISBN 978-3-659-30778-2.

9. Щербаков В.И. Орбитальные маневры космической тросовой системы: монография. - СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2010. - 185 с.9. Scherbakov V.I. Orbital maneuvers of the space cable system: monograph. - SPb .: VKA them. A.F. Mozhaysky, 2010 .-- 185 p.

10. Щербаков В.И., Слезкинский С.К., Софьин А.П., Степаненков О.С. Развертывание космической тросовой системы с максимальной интенсивностью обмена орбитальной энергией // Международная конференция «Восьмые Окуневские чтения». 25-28 июня 2013 г., СПб: Материалы докладов / Балт. гос. техн. ун-т. - СПб., 2013. - С. 333-335.10. Shcherbakov V.I., Slezkinsky S.K., Sofin A.P., Stepanenkov O.S. Deployment of a space cable system with maximum intensity of the exchange of orbital energy // International Conference "Eighth Okunev Readings". June 25-28, 2013, St. Petersburg: Materials of reports / Balt. state tech. un-t - SPb., 2013 .-- S. 333-335.

11. Zimmermann F., Schottle U.M., Messerschmid Е. Optimization of the tetherassisted return mission of a guided re-entry capsule. AST 9, (2005), 713-721.11. Zimmermann F., Schottle U.M., Messerschmid E. Optimization of the tetherassisted return mission of a guided re-entry capsule. AST 9, (2005), 713-721.

12. Eades J.B.J. A control system for orbiting tethered-body operations // Proceedings IFAC 6-th World Congress. - Boston-Cambriedge. - 1975. - Part. 4. - Pittsburgh. - 1975, 14.2/1-14.2/6.12. Eades J.B.J. A control system for orbiting tethered-body operations // Proceedings IFAC 6th World Congress. - Boston-Cambriedge. - 1975. - Part. 4. - Pittsburgh. - 1975, 14.2 / 1-14.2 / 6.

13. Carroll J.A. SEDS deplorer design and flight performance. // AIAA Paper. №93-4764, 1993.13. Carroll J.A. SEDS deplorer design and flight performance. // AIAA Paper. No. 93-4764, 1993.

Claims (1)

Способ развертывания космической тросовой системы при доставке спускаемого аппарата с орбитальной станции на Землю, включающий расстыковку двух соединенных тросом объектов, сообщение спускаемому аппарату начальной скорости расхождения против вектора орбитальной скорости, выпуск троса при удалении спускаемого аппарата, фиксацию длины троса, попутное маятниковое движение и отрезание троса в момент прохождения спускаемым аппаратом линии местной вертикали орбитальной станции, отличающийся тем, что подачу троса при удалении спускаемого аппарата от орбитальной станции производят с постоянным по величине натяжением j ¯ = 0,0534 Δ V ¯
Figure 00000012
, где j ¯
Figure 00000013
и Δ V ¯
Figure 00000014
- относительные величины ускорения силы натяжения троса и импульса скорости расталкивания, нормированные по параметрам стартовой круговой орбиты.
A method for deploying a space cable system for delivering a descent vehicle from an orbital station to Earth, including undocking two objects connected by a cable, informing the descent vehicle of the initial speed of divergence against the orbital velocity vector, releasing the cable when the descent device is removed, fixing the cable length, associated pendulum movement and cutting the cable at the moment the descent vehicle passes the line of the local vertical of the orbital station, characterized in that the cable feed during descent is descent of the device from the space station produces with constant tension j ¯ = 0,0534 Δ V ¯
Figure 00000012
where j ¯
Figure 00000013
and Δ V ¯
Figure 00000014
- the relative values of the acceleration of the tension force of the cable and the pulse of the repulsion speed, normalized by the parameters of the starting circular orbit.
RU2014109512/11A 2014-03-12 2014-03-12 Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground RU2564930C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014109512/11A RU2564930C1 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014109512/11A RU2564930C1 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014109512A RU2014109512A (en) 2015-09-20
RU2564930C1 true RU2564930C1 (en) 2015-10-10

Family

ID=54147513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014109512/11A RU2564930C1 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2564930C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU137337A1 (en) * 1960-03-09 1960-11-30 нов С.А. Емель Device for protection from drift of drift net leader
SU1235818A1 (en) * 1984-12-06 1986-06-07 Дальневосточный Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева Device for controlling drive of ship winch
RU2112715C1 (en) * 1996-10-03 1998-06-10 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Method of deployment of orbital cable system
US6913224B2 (en) * 2003-09-29 2005-07-05 Dana R. Johansen Method and system for accelerating an object
US7503526B1 (en) * 2005-09-23 2009-03-17 Taylor Thomas C Space transportation node including tether system
US20100193640A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 The Boeing Company Method and apparatus for satellite orbital change using space debris
RU2497729C2 (en) * 2011-10-31 2013-11-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method of delivery of lander from orbital station to earth based on passive deployment of space cable system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU137337A1 (en) * 1960-03-09 1960-11-30 нов С.А. Емель Device for protection from drift of drift net leader
SU1235818A1 (en) * 1984-12-06 1986-06-07 Дальневосточный Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева Device for controlling drive of ship winch
RU2112715C1 (en) * 1996-10-03 1998-06-10 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Method of deployment of orbital cable system
US6913224B2 (en) * 2003-09-29 2005-07-05 Dana R. Johansen Method and system for accelerating an object
US7503526B1 (en) * 2005-09-23 2009-03-17 Taylor Thomas C Space transportation node including tether system
US20100193640A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 The Boeing Company Method and apparatus for satellite orbital change using space debris
RU2497729C2 (en) * 2011-10-31 2013-11-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method of delivery of lander from orbital station to earth based on passive deployment of space cable system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014109512A (en) 2015-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Levin Dynamic analysis of space tether missions
Cartmell et al. A review of space tether research
US9022323B2 (en) Salvaging and braking device for objects flying freely in space
US10822122B2 (en) Vertical landing systems for space vehicles and associated methods
US9938027B2 (en) Methods of accelerating a target vehicle to a higher orbit via a kinetic energy storage and transfer (KEST) space vehicle
EP0382858B1 (en) Method and apparatus for changing orbit of artificial satellite
JP2021049907A (en) Collision avoidance method and ground facility
Svotina et al. Space debris removal–Review of technologies and techniques. Flexible or virtual connection between space debris and service spacecraft
RU2440281C1 (en) Method of controlling active flight of space object to be docked with passive spaceship
RU2462399C2 (en) Method of space refuse withdrawal from payload orbit exploiting carrier rocket separated part and accelerating unit, and device to this end
RU2564930C1 (en) Deployment of space rope system at delivery of lander from orbital station to ground
JP2018171947A (en) Artificial satellite and debris remover
RU2497729C2 (en) Method of delivery of lander from orbital station to earth based on passive deployment of space cable system
Merikallio et al. Moving an asteroid with electric solar wind sail
RU2573015C2 (en) Multimodule spacecraft for cleaning up geostationary orbit and method of cleaning up geostationary orbit
Forward et al. Mars-Earth Rapid Interplanetary Tether Transport (MERITT) system. I-Initial feasibility analysis
RU2643020C1 (en) Method for conducting flight development tests of autonomous docking module for cleaning orbits from space debris
RU2583255C1 (en) Method of connecting space objects in space
RU2725091C1 (en) Method of controlling space vehicle during flight of spacecraft from orbit of the moon to the earth's orbit
RU2112715C1 (en) Method of deployment of orbital cable system
RU2586920C1 (en) Method of manoeuvring deviation of spacecraft on orbit from collision with other bodies
Hickey et al. Guided Net Intercept Vehicle for Active Debris Removal of Large Uncooperative Debris
Olivieri et al. Microgravity tests in preparation of a tethered electromagnetic docking space demonstration
Trushlyakov et al. Choice of a suitable target for developing proposals for an ADR flight demonstration experiment
Chobotov et al. Deflection of near earth objects by means of tethers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160313