RU2666014C1 - Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов - Google Patents
Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666014C1 RU2666014C1 RU2017114200A RU2017114200A RU2666014C1 RU 2666014 C1 RU2666014 C1 RU 2666014C1 RU 2017114200 A RU2017114200 A RU 2017114200A RU 2017114200 A RU2017114200 A RU 2017114200A RU 2666014 C1 RU2666014 C1 RU 2666014C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- orbit
- ska
- idle
- nosc
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 title abstract 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 3
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/002—Launch systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1078—Maintenance satellites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
- B64G1/646—Docking or rendezvous systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к эксплуатации группировки, преимущественно автоматических космических аппаратов (КА). Согласно способу комплектуют на Земле целевой КА, предназначенный для замещения неработающего КА (НКА), и сервисный КА. Выводят ракетой-носителем и разгонным блоком указанные КА на орбиту НКА, размещая их в окрестности рабочей точки этой орбиты и поддерживая информационную связь между ними. Отделяют сервисный КА, определяют параметры вращения НКА с помощью аппаратуры наблюдения сервисного и/или целевого КА, захватывают НКА и уводят с орбиты средствами сервисного КА. При переводе НКА на более низкую орбиту сервисный и целевой КА при их выведении размещают перед НКА, а при переводе НКА на более высокую орбиту - позади НКА. Техническим результатом является повышение эффективности совместного решения задач поддержания состава орбитальной группировки и удаления космического мусора (НКА известной конструкции). 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для обеспечения долговременного функционирования (т.е. пополнения новыми аппаратами вместе с уводом вышедших из строя) на орбите группировки автоматических космических аппаратов (КА), находящихся в одной орбитальной плоскости.
Как известно, проблема насыщения околоземного космического пространства неработающими космическими аппаратами - космическим мусором - становится крайне актуальной. Это критично для группировок спутников, размещаемых на орбитах 700 км и выше (например, группировок КА дистанционного зондирования Земли на солнечно-синхронных орбитах, группировок КА связи на геостационарной орбите), где срок нахождения вышедшего из строя КА может исчисляться сотнями и тысячами лет.
На сегодняшний день КА с выработанным ресурсом, как правило, уводится на орбиту захоронения либо остается в своей рабочей точке.
Учитывая длительный срок существования спутников на высоких орбитах, а также планы государств по многократному увеличению количества спутников в группировках, такие подходы к утилизации отказавших спутников представляют реальную угрозу для будущих космических миссий.
Известен способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов с одновременным уменьшением засорения космоса, предполагающий продление срока существования космических аппаратов группировки их восстановлением на орбите с использованием космического аппарата обслуживания - КАО, см. патент РФ №2598682 «Способ обеспечения функционирования на орбите группировки космических аппаратов». По завершении миссии КАО осуществляет также сбор группы не подлежащих восстановлению КА для увода с орбиты. Недостатком подхода является очевидная сложность технической реализации такого способа, адаптированного лишь для обслуживания группировки КА, унифицированных между собой и с КАО составом аппаратуры, узлами, разъемами и т.д.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ вывода полезной нагрузки на орбиту и устранения космического мусора, предполагающий использование разгонного блока (РБ) или отделяемой части (ОЧ) ракеты-носителя и сервисного КА - малого космического аппарата (МКА), соединенных между собой тросом (патент РФ №2462399 «Способ увода космического мусора с орбит полезных нагрузок на основе использования отделившейся части ракеты-носителя, разгонного блока и устройство для его реализации»). После отделения от разгонного блока полезной нагрузки РБ или ОЧ совершают маневр в окрестность нахождения мусора, МКА осуществляет его захват, а затем РБ или ОЧ - выдачу импульса для увода мусора с орбиты.
Недостатком прототипа является естественное ограничение универсального автоматического МКА по захвату разнообразных по конструкции, в т.ч. «сложных» частиц мусора: крупногабаритных КА с развитыми пространственными элементами конструкции (панелями солнечных батарей, антеннами), а также вращающихся объектов. Оснащение же такого МКА системами управления с наземных пунктов превращает его в полноценный спутник, что сильно повышает стоимость запуска на орбиту основной полезной нагрузки и снижает ее массу.
Техническим результатом изобретения является создание способа поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов, позволяющего как выводить на орбиту целевые КА на замену вышедшим из строя (неработающим), восстанавливая эффективность функционирования группировки КА, так и относительно незатратно уводить с орбиты отказавшие КА группировки, конструкция которых известна.
Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном способе поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов, включающем комплектование на Земле оборудованием целевого космического аппарата (ЦКА), предназначенного для замещения на орбите неработающего КА группировки, и сервисного КА (СКА) для увода неработающего КА, запуск ракеты-носителя с разгонным блоком, ЦКА и СКА, отделение разгонного блока и выведение ЦКА и СКА на орбиту неработающего КА, отделение целевого космического аппарата от разгонного блока и размещение в окрестности рабочей точки орбиты, отделение СКА, захват и увод сервисным КА неработающего КА, ЦКА комплектуют аппаратурой дистанционного управления СКА и наблюдения, СКА комплектуют аппаратурой связи с ЦКА, устройством захвата неработающего КА и двигательной установкой с количеством топлива или твердотопливных элементов, зависящим от прогноза дистанции маневрирования между РБ и КА и потребной траектории увода КА, после выведения в окрестность рабочей точки орбиты последовательно отделяют от разгонного блока сервисный и целевой космические аппараты, дистанционно определяют параметры вращения неработающего КА с использованием аппаратуры наблюдения ЦКА или ЦКА и СКА, захватывают неработающий КА сервисным космическим аппаратом и уводят с рабочей орбиты по сигналам аппаратуры управления ЦКА.
Также, в соответствии со способом, в случае увода неработающего КА на Землю или на более низкую орбиту СКА и ЦКА отделяют от разгонного блока перед неработающим КА по направлению полета. В случае увода неработающего КА на более высокую орбиту СКА и ЦКА отделяют от разгонного блока за неработающим КА по направлению полета.
Схема реализации способа поддержания состава орбитальной группировки автоматических КА приведена на фиг. 1, фиг. 2.
Приняты обозначения:
1 - траектория полета КА на рабочей орбите;
2 - неработающий космический аппарат;
3 - сервисный космический аппарат;
4 - замещающий целевой космический аппарат;
5 - разгонный блок;
6 - наземный пункт управления (НПУ);
7 - траектория увода с орбиты связки СКА и КА (вариант);
8 - траектория увода с орбиты РБ;
9 - информационная линия связи ЦКА, СКА, НПУ;
10 - траектория маневрирования СКА от РБ к КА;
11 - траектория перехода ЦКА в рабочую точку орбиты.
В соответствии с изобретением предполагают, что состав группировки и конструктивные особенности космических аппаратов в ней известны. После прекращения функционирования (из-за планового прекращения работы или аварийного отказа) КА на земле создают новый целевой КА (ЦКА) - для замещения неработающего КА в рабочей точке орбиты, в также сервисный аппарат (СКА) - для увода неработающего КА с рабочей точки.
При этом перед выведением в космос на ЦКА устанавливают аппаратуру дистанционного управления СКА и наблюдения за СКА и ЦКА, например, в оптическом диапазоне длин волн. На СКА устанавливают аппаратуру связи с ЦКА, устройство захвата неработающего КА и двигательную установку. Устройство захвата, специализированное для стыковки с КА определенной конфигурации, может быть выполнено в виде руки-манипулятора или троса с захватом на конце.
Двигательная установка СКА может быть выполнена с использованием реактивного двигателя на жидком/газообразном топливе или матрицы с набором твердотопливных элементов малой тяги («чип»-двигателей). Параметры двигательной установки подбираются при проектировании СКА в зависимости от прогноза дистанции маневрирования на орбите между РБ и неработающим КА и от потребной траектории увода КА.
После отказа космического аппарата группировки ракетой-носителем запускают разгонный блок с замещающим целевым и сервисным космическими аппаратами.
Разгонный блок (фиг. 1, поз. 5) выводит СКА и ЦКА на рабочую орбиту (фиг. 1, поз. 1), в окрестность рабочей точки неработающего КА (фиг. 1, поз. 2), на заранее расчетную дистанцию от него. Например, по направлению полета неработающего КА, перед ним. Под «окрестностью» рабочей точки предполагаются допустимое отклонение размещения КА относительно теоретически заданной точки в плоскости орбиты.
Далее от разгонного блока последовательно отстыковывают СКА (фиг. 1, поз. 3) и ЦКА (фиг. 1, поз. 4) и направляют в сторону неработающего КА. Разгонный блок может быть уведен с орбиты, например, на Землю (фиг. 1, поз. 8).
Для упрощения состава бортового оборудования СКА задачу расчета операций стыковки с КА возлагают на ЦКА. Замещающий целевой космический аппарат для этого оснащен аппаратурой наблюдения за неработающим КА (например, в оптическом диапазоне длин волн), аппаратурой наведения СКА (по радиолучу или с оптической подсветкой), системой обмена информации с наземным пунктом управления (фиг. 1, поз. 6). После наблюдения ЦКА за неработающим КА и обмена информацией с НПУ (фиг. 1, поз. 9) определяют параметры вращения КА, параметры маневра СКА для захвата КА. Как вариант, трехмерная модель вращения КА может быть получена одновременной съемкой оптическими камерами СКА и ЦКА с нескольких ракурсов. Далее СКА по командам ЦКА (фиг. 1, поз. 9), например, по системе теленаведения или по лазерному лучу ЦКА, подсвечивающему неработающий К А, приближается к нему (по траектории фиг. 1, поз. 10) и захватывает.
Параметры углового движения КА в связке с СКА, очевидно, изменятся. При этом связка либо ориентируется с использованием бортовой системы ориентации СКА, либо вращается с меньшей угловой скоростью.
В первом случае, СКА ориентирует связку для выдачи импульса, например, против направления полета. Связка сходит с орбиты по направлению к Земле (фиг. 2, поз. 7).
Во втором случае, ЦКА, продолжая наблюдение за связкой, определяет момент ее благоприятной ориентации для увода с траектории и выдает команду на срабатывание двигателей СКА. Связка сходит с орбиты по направлению к Земле.
При необходимости увода на более высокую орбиту захоронения разгонный блок с СКА и ЦКА энергетически выгодно разместить за неработающим КА по направлению полета; связка ориентируется для выдачи импульса по направлению полета.
После увода связки с орбиты ЦКА занимает место уведенного КА в рабочей точке (фиг. 2, поз. 11). Использованная для управления СКА и наблюдения аппаратура ЦКА в дальнейшем может быть использована для целей безопасности: контроля обстановки вокруг ЦКА, расчета расстояния до приближающихся объектов, передачи информации на НПУ.
Предлагаемое техническое решение позволяет совместить задачу поддержания состава и эффективного функционирования космических группировок с задачей удаления космического мусора, оптимизировав при этом конструкцию и затраты на создание аппаратов-«уборщиков».
Claims (3)
1. Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов (КА), включающий комплектование на Земле оборудованием целевого космического аппарата (ЦКА), предназначенного для замещения на орбите неработающего КА группировки, и сервисного КА (СКА) для увода неработающего КА, запуск ракеты-носителя с разгонным блоком, ЦКА и СКА, отделение разгонного блока и выведение ЦКА и СКА на орбиту неработающего КА, отделение ЦКА от разгонного блока и размещение в окрестности рабочей точки орбиты, отделение СКА, захват и увод СКА неработающего КА, отличающийся тем, что ЦКА комплектуют аппаратурой дистанционного управления СКА и наблюдения, СКА комплектуют аппаратурой связи с ЦКА, устройством захвата неработающего КА и двигательной установкой с количеством топлива или твердотопливных элементов, зависящим от прогноза дистанции маневрирования между разгонным блоком и КА и потребной траектории увода КА, после выведения в окрестность рабочей точки орбиты последовательно отделяют от разгонного блока СКА и ЦКА, дистанционно определяют параметры вращения неработающего КА с использованием аппаратуры наблюдения ЦКА или ЦКА и СКА, захватывают неработающий КА с помощью СКА и уводят с рабочей орбиты по сигналам аппаратуры управления ЦКА.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае увода неработающего КА на Землю или на более низкую орбиту СКА и ЦКА отделяют от разгонного блока перед неработающим КА по направлению полета.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае увода неработающего КА на более высокую орбиту СКА и ЦКА отделяют от разгонного блока за неработающим КА по направлению полета.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114200A RU2666014C1 (ru) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114200A RU2666014C1 (ru) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2666014C1 true RU2666014C1 (ru) | 2018-09-05 |
Family
ID=63459973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017114200A RU2666014C1 (ru) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2666014C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109592079A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种限定时间的航天器共面交会变轨策略确定方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4896848A (en) * | 1984-08-29 | 1990-01-30 | Scott Science And Technology | Satelite transfer vehicle |
RU2120397C1 (ru) * | 1996-10-30 | 1998-10-20 | Виктор Павлович Тенетов | Способ транспортировки полезного груза многоразовой авиационно-космической системой |
US6193193B1 (en) * | 1998-04-01 | 2001-02-27 | Trw Inc. | Evolvable propulsion module |
RU2216489C2 (ru) * | 2001-10-29 | 2003-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Транспортная космическая система и способ ее управления при межорбитальной транспортировке грузов |
RU2462399C2 (ru) * | 2010-05-18 | 2012-09-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Способ увода космического мусора с орбит полезных нагрузок на основе использования отделившейся части ракеты-носителя, разгонного блока и устройство для его реализации |
-
2017
- 2017-04-25 RU RU2017114200A patent/RU2666014C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4896848A (en) * | 1984-08-29 | 1990-01-30 | Scott Science And Technology | Satelite transfer vehicle |
RU2120397C1 (ru) * | 1996-10-30 | 1998-10-20 | Виктор Павлович Тенетов | Способ транспортировки полезного груза многоразовой авиационно-космической системой |
US6193193B1 (en) * | 1998-04-01 | 2001-02-27 | Trw Inc. | Evolvable propulsion module |
RU2216489C2 (ru) * | 2001-10-29 | 2003-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Транспортная космическая система и способ ее управления при межорбитальной транспортировке грузов |
RU2462399C2 (ru) * | 2010-05-18 | 2012-09-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Способ увода космического мусора с орбит полезных нагрузок на основе использования отделившейся части ракеты-носителя, разгонного блока и устройство для его реализации |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.С. Авдуевский, Г.Р. Успенский. Космическая индустрия. М.: Машиностроение, 1989, с.35-37, 65-67. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109592079A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种限定时间的航天器共面交会变轨策略确定方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7104773B2 (ja) | 宇宙船作業用デバイス、ならびに関連の組立体、システム、および方法 | |
US7240879B1 (en) | Method and associated apparatus for capturing, servicing and de-orbiting earth satellites using robotics | |
Polites | Technology of automated rendezvous and capture in space | |
US6845303B1 (en) | Micro-satellite and satellite formation for inverse and distributed proximity operations | |
JP2022517269A (ja) | 宇宙船作業用デバイス、ならびに関連の組立体、システム、および方法 | |
CN106850051B (zh) | 一种基于微小卫星的空间碎片清理系统及方法 | |
US9714101B1 (en) | Apparatus and methods for orbital debris removal | |
RU2678392C2 (ru) | Устройство для применения в космосе, система удаления мусора и способ удаления мусора | |
EP2860115A1 (en) | Method for modifying a position of uncontrolled objects in space and spacecraft for realizing the method | |
US9617017B1 (en) | Apparatus and methods for orbital debris removal | |
Kaplan et al. | Engineering issues for all major modes of in situ space debris capture | |
CN106882401A (zh) | 多功能服务转移飞行器装置 | |
RU2703056C1 (ru) | Космический аппарат для уборки космического мусора | |
RU2666014C1 (ru) | Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов | |
Forshaw et al. | The RemoveDebris ADR mission: preparing for an international space station launch | |
RU2559392C1 (ru) | Способ удаления с геостационарной орбиты нефункционирующего космического аппарата | |
Mission | Mission | |
RU2573015C2 (ru) | Многомодульный космический аппарат для очистки геостационарной орбиты и способ очистки геостационарной орбиты | |
Longstaff et al. | Study into the sustainable disposal of end of life GEO satellites | |
Qureshi et al. | Constellation Tending: An Application of On-Orbit Servicing and Active Debris Removal Technologies | |
JP6472772B2 (ja) | 対象物の除去方法、運搬方法及び制御方法 | |
Chen et al. | Review and Outlook of the Space Operation and Control Project Development and Technology | |
RU2643082C1 (ru) | Многоцелевая трансформируемая орбитальная система и способ ее применения | |
JP2023018220A (ja) | ロケット打ち上げ方法、ロケット打ち上げ制御装置、軌道投入方法、衛星コンステレーション維持方法、デブリ除去方法、ロケット回収方法、回収型ロケット、ロケット発射場、ロケット再利用システム、ロケット、衛星コンステレーション、および、地上設備 | |
RU2598682C1 (ru) | Способ обеспечения функционирования на орбите группировки космических аппаратов |