RU2689088C1 - Modeling method of space debris removal process - Google Patents
Modeling method of space debris removal process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689088C1 RU2689088C1 RU2018125126A RU2018125126A RU2689088C1 RU 2689088 C1 RU2689088 C1 RU 2689088C1 RU 2018125126 A RU2018125126 A RU 2018125126A RU 2018125126 A RU2018125126 A RU 2018125126A RU 2689088 C1 RU2689088 C1 RU 2689088C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- removal
- sdo
- orbital motion
- ska
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 9
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 3
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 2
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 101100080277 Caenorhabditis elegans ncr-1 gene Proteins 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100459404 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) npc-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к космической технике. Областью применения изобретения является моделирование процессов удаления космического мусора, например, с геостационарной орбиты (ГСО) с использованием программно-аппаратных средств. Изобретение может быть использовано на различных стадиях разработки и отладки проектов по удалению объектов космического мусора (ОКМ). Далее по тексту под термином «объект космического мусора» рассматриваются габаритные техногенные объекты, с известными техническими характеристиками, такие как, например, нефункционирующие космические аппараты с определенным типом и заводским (серийным) номером.The invention relates to space technology. The scope of the invention is to simulate the processes of removal of space debris, for example, from the geostationary orbit (GSO) using software and hardware. The invention can be used at various stages of development and debugging of projects for the removal of space debris (RCM) objects. Hereinafter, the term “space debris object” refers to dimensional man-made objects with known technical characteristics, such as, for example, non-functioning spacecraft with a specific type and factory (serial) number.
К настоящему времени известно значительное количество зарубежных и отечественных патентов, описывающих способы и средства обнаружения, захвата и удаления КМ с геостационарной орбиты. Как правило, для удаления ОКМ предполагают использование сервисных космических аппаратов (СКА), в задачи которых входит сближение с ОКМ, захват и увод ОКМ на орбиту захоронения. Для захвата ОКМ предполагают использование широкого спектра средств: например, различного рода манипуляторов, сетей, тросов, гарпунов, Для увода ОКМ на орбиту захоронения предлагают использовать, например, буксиры, средства на основе ионных пушек и солнечных парусов.To date, a significant number of foreign and domestic patents describing the methods and means of detecting, capturing and removing CM from the geostationary orbit are known. As a rule, for the removal of RCM, the use of service space vehicles (SCA), the tasks of which include the approach to RCM, the capture and removal of RCM into the burial orbit, is assumed. To capture the ACM, a wide range of tools are used: for example, various types of manipulators, nets, cables, harpoons, For disposal of the OKM in a disposal orbit, it is proposed to use, for example, tugs, tools based on ion guns and solar sails.
Характерным примером разрабатываемых проектов по удалению ОКМ с ГСО является источник [1] - патент RU №2559392 «Способ удаления с геостационарной орбиты нефункционирующего космического аппарата», ФГУП ЦНИИмаш, РФ. Техническим решением по данному патенту удаление ОКМ в виде нефункционирующего космического аппарата предусматривается с помощью космического аппарата (КА), имеющего средства наблюдения, захвата и дополнительный запас топлива. Для выполнения задачи переводят КА после окончания срока активного существования в точку стояния на геостационарной орбите нефункционирующего КА, осуществляют ориентацию относительно нефункционирующего КА, наводят на нефункционирующий КА, захватывают нефункционирующий КА, включают двигатель КА, переводят связку космических аппаратов на орбиту захоронения.A typical example of the developed projects for the removal of the RCM with the GSO is the source [1] - patent RU No. 2559392 "Method of removing a non-functioning spacecraft from the geostationary orbit", FSUE TsNIImash, RF. By the technical solution of this patent, the removal of an RCM in the form of a non-functioning spacecraft is envisaged by means of a spacecraft (SC), which has means of observation, capture, and an additional supply of fuel. To accomplish the task, the spacecraft is transferred after the expiration of the active life period to the point of standing in the geostationary orbit of the non-functioning spacecraft, oriented towards the non-functioning spacecraft, directing to the non-functioning spacecraft, capturing the non-functioning spacecraft, switching on the spacecraft engine, transferring the bundle of spacecraft to the disposal orbit.
Для реализации подобного технического решения с задачей удаления конкретного нефункционирующего КА необходимо учесть определенный перечень его параметров. А именно: параметры его орбитального движения, включая скорости его вращения относительно собственных осей; а также, габаритно-массовые характеристики, моменты инерции, положение центра масс, конструкцию данного космического аппарата.To implement such a technical solution with the task of deleting a specific non-functioning spacecraft, it is necessary to take into account a certain list of its parameters. Namely: the parameters of its orbital motion, including its rotational speed relative to its own axes; and also, the overall mass characteristics, the moments of inertia, the position of the center of mass, the design of the spacecraft.
Для сервисного КА, разрабатываемого для выполнения данной задачи также, требуется определить ряд параметров. А именно: габаритно-массовые характеристики, моменты инерции, положение центра масс: особенности конструкции сервисного космического аппарата. Кроме этого необходимо определить требуемый запас энергообеспечения и рабочего тела (топлива) для выполнения задач коррекции орбиты и ориентации КА в пространстве при орбитальном маневрировании. Важными характеристиками в данном случае будут являться: параметры, характеризующие тип захвата, его механические характеристики (например, прочность захвата, величины ударных и динамических нагрузок на поверхность конструкции нефункционирующего КА), а также принцип, используемый при уводе захваченного КА на орбиту захоронения.For the service spacecraft being developed to perform this task, it is also required to determine a number of parameters. Namely: overall mass characteristics, moments of inertia, position of the center of mass: design features of the service spacecraft. In addition, it is necessary to determine the required supply of energy and working fluid (fuel) to perform the tasks of correction of the orbit and the orientation of the spacecraft in space during orbital maneuvering. Important characteristics in this case will be: parameters characterizing the type of capture, its mechanical characteristics (for example, the strength of the capture, the magnitude of impact and dynamic loads on the surface of a non-functioning spacecraft design), as well as the principle used when the captured spacecraft is taken to the disposal orbit.
При разработке сценария выполнения задачи необходимо также учитывать такие параметры, как скорости сближения СКА с нефункционирующим КА, динамику изменения их взаимного пространственного положения, деформацию узла захвата, взаимное расположение центров масс и изменение центра массы СКА в связи с выработкой части топлива, возмущающие моменты, возникающие при движении связки аппаратов в направлении орбиты захоронения. Кроме этого при маневрировании в зоне ГСО, необходимо устанавливать границы перемещения СКА и удаляемого ОКМ, исключая перемещение объектов в рабочие зоны соседних функционирующих КА.When developing a task execution scenario, it is also necessary to take into account such parameters as the SKA approach speed with a non-functioning spacecraft, the dynamics of changes in their mutual spatial position, deformation of the gripping unit, the relative position of the centers of mass, and the change in the center of mass of the SKA due to the development of a part of the fuel, disturbing moments arising during the movement of a bunch of vehicles in the direction of the burial orbit. In addition, when maneuvering in the GSO zone, it is necessary to set the boundaries for the movement of the SKA and the RCM to be removed, excluding the movement of objects to the working zones of the adjacent spacecraft.
На заключительной фазе выполнения задачи необходимо предусмотреть маневрирование СКА, обеспечивающее благополучное разделение с ОКМ и движение СКА в соответствии с дальнейшей программой.In the final phase of the task, it is necessary to provide for maneuvering of the SKA, ensuring a safe separation from the RCM and the movement of the SKA in accordance with the further program.
Учитывая высокую стоимость подобных проектов и степени рисков в случае их нештатного развития, возможно утверждать, что на всех этапах разработки и реализации, подобные проекты требуют тщательной проработки и детализации с возможностью изменения определенных параметров миссии и оценки ожидаемых результатов. Широкие возможности для реализации оперативной проработки различных проектов содержат методики на основе имитации, либо моделирования указанных процессов с помощью программно-аппаратных средств.Given the high cost of such projects and the degree of risk in the event of abnormal development, it is possible to assert that at all stages of development and implementation, such projects require careful study and detailing with the possibility of changing certain mission parameters and evaluating the expected results. Extensive opportunities for the implementation of operational development of various projects contain techniques based on imitation or simulation of these processes using software and hardware.
В настоящее время известны способы моделирования сложных технических систем, например, патенты РФ: [2] - RU №2554544 «Цифровая электронная система управления с встроенной полной термогазодинамической математической моделью газотурбинного двигателя и авиационный газотурбинный двигатель», ФГУП «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова» и [3] - RU №2444041 «Комплекс имитационного и физико-математического моделирования процессов маневрирования автономных подводных аппаратов с бортовой гидроакустической аппаратурой наведения на подводные объекты», РФ в лице Министерства промышленности и торговли РФ.Currently, methods for modeling complex technical systems are known, for example, patents of the Russian Federation: [2] - RU # 2554544 “Digital electronic control system with a built-in full thermogasdynamic mathematical model of a gas turbine engine and an aircraft gas turbine engine”, FGUP “Central Institute of Aviation Motors named after P. AND. Baranova "and [3] - RU No. 2444041" Complex of simulation and physical and mathematical modeling of the maneuvering processes of autonomous underwater vehicles with onboard sonar guidance equipment on underwater objects ", RF represented by the Ministry of Industry and Trade of the RF.
Прототипом способа моделирования процесса удаления космического мусора выбран способ, описанный в работе [4] - патент РФ RU №2527632 «Способ наземной имитации полета космических аппаратов в космосе», Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)».The method described in [4] was chosen as the prototype of the method for simulating the space debris removal process. Patent RF RU RU No. 2527632 “Method for ground-based simulation of spacecraft flight in space”, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education “Moscow Institute of Physics and Technology ) ".
Данное изобретение относится к способам имитации полета космических аппаратов. Для реализации способа подготавливают аппаратные средства, моделируют орбитальное движение КА по предварительно заданному алгоритму и/или при приеме управляющих команд в режиме реального времени, моделируют движение небесной сферы в поле зрения каждого звездного датчика по параметрам текущей ориентации КА с учетом динамики его движения, внешней среды, положения Солнца и Луны в инерциальной системе координат, моделируют появление нештатных ситуаций в работе бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА, осуществляют контроль реакции системы управления ориентацией и навигацией при нештатных ситуациях, имитируют солнечное излучение для астроориентации и создания боковой помехи в инфракрасном и видимом диапазонах, имитируют сигналы спутников ГЛОНАСС и/или GPS с учетом параметров орбитального движения КА, моделируют орбитальное движение КА по трем осям вращения. Изобретение позволяет повысить многофункциональность КА.This invention relates to methods for simulating the flight of spacecraft. To implement the method, the hardware is prepared, the spacecraft orbital motion is simulated according to a predetermined algorithm and / or when receiving control commands in real time, the motion of the celestial sphere in the field of view of each star sensor is simulated by the parameters of the current spacecraft orientation, taking into account the dynamics of its movement, the external environment , the position of the Sun and the Moon in the inertial coordinate system, simulate the occurrence of abnormal situations in the operation of the onboard equipment for orientation and navigation of the spacecraft, monitor the reaction orientation and navigation control systems in emergency situations, imitate solar radiation for astroorientation and creating side interference in the infrared and visible bands, simulate signals of GLONASS and / or GPS satellites taking into account the parameters of orbital motion of the spacecraft, orbital motion of the spacecraft on three axes of rotation. The invention allows to increase the versatility of the AC.
Способ-прототип хотя и позволяет имитировать орбитальное движение космического аппарата, но при этом его основное назначение - это отработка бортовой аппаратуры систем ориентации и навигации КА, а именно:The prototype method, although it allows to simulate the orbital motion of a spacecraft, but its main purpose is to work out the onboard equipment of the spacecraft orientation and navigation systems, namely:
- моделировать воздействие внешних условий космического пространства на бортовую аппаратуру ориентации и навигации;- to simulate the impact of external conditions of outer space on the onboard orientation and navigation equipment;
- проверять работу бортовой аппаратуры ориентации и навигации, как в автономном, так и в комплексном режимах;- check the operation of on-board orientation and navigation equipment, both in stand-alone and in integrated modes;
- проводить отработку программно-алгоритмического обеспечения бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА;- to carry out testing of the software and algorithmic support of onboard equipment for orientation and navigation of the spacecraft;
- моделировать наступление нештатных ситуаций в работе бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА и разрабатывать методы преодоления подобных ситуаций;- to simulate the occurrence of emergency situations in the work of onboard equipment for orientation and navigation of the spacecraft and to develop methods to overcome such situations;
- контроль реакции системы на нештатные ситуации.- control of the system response to abnormal situations.
Недостатком способа имитации полета космического аппарата, описанного в прототипе, является отсутствие возможности применения его для моделирования процесса удаления космического мусора, а именно, моделирования взаимодействия сервисного космического аппарата с ОКМ - нефункционирующим космическим аппаратом на всех этапах миссии: сближения СКА с ОКМ, захвата ОКМ, доставки ОКМ на заданную орбиту, разделения СКА и ОКМ, перевода СКА на заданную орбиту. При этом следует учитывать, что для моделирования взаимодействия сервисного космического аппарата с ОКМ требуется моделирование как минимум, двух объектов: СКА и ОКМ, движущихся по орбитам в единой пространственно-временной системе, учитывающей влияние астрономических факторов, формируемых астрономическими объектами на орбите Земли. Кроме этого, в прототипе моделирование выполняется только в реальном масштабе времени, что усложняет процедуры исследования длительных и кратковременных процессов, где требуется масштабирование модельного (отсчитываемого относительно эпохового времени) времени (замедление, либо ускорение моделируемого процесса относительно реального времени). Также, недостатком прототипа является то, что орбитальное движение КА моделируют по предварительно заданному алгоритму, тогда как, при удалении конкретного ОКМ модель его орбитального движения рациональнее строить на основе реальных параметров его орбитального движения.The disadvantage of the method of simulating the flight of a spacecraft described in the prototype, is the lack of the possibility of using it to simulate the space debris removal process, namely, modeling the interaction of the service spacecraft with the RCM - non-functioning spacecraft at all stages of the mission: SKA convergence with the RCM, OKM capture, Deliveries of RCM to a given orbit, separation of SKA and OKM, transfer of SKA to a given orbit. It should be borne in mind that in order to simulate the interaction of a service spacecraft with a RCM, it is necessary to simulate at least two objects: SKA and RCM moving in orbits in a single space-time system, taking into account the influence of astronomical factors generated by astronomical objects in the Earth's orbit. In addition, in the prototype, modeling is performed only in real time, which complicates the study of long and short-term processes where scaling of the model time (measured relative to the epoch time) (slowing down or acceleration of the modeled process relative to real time) is required. Also, a disadvantage of the prototype is that the orbital motion of a spacecraft is modeled according to a predetermined algorithm, whereas, when a specific RCM is deleted, it is more rational to build a model of its orbital motion based on the actual parameters of its orbital motion.
Технической проблемой изобретения является получение результата моделирования взаимодействия ОКМ и СКА максимально соответствующего реальному процессу с целью обеспечения качества и надежности при осуществлении процесса удаления космического мусора с орбиты.The technical problem of the invention is to obtain the result of modeling the interaction of the RCM and the SCA as closely as possible to the actual process in order to ensure quality and reliability in the implementation of the process of removing space debris from the orbit.
Эта техническая проблема решается за счет того, что используют аппаратно-программные средства и базы данных; моделирование орбитального движения космических аппаратов (КА), в том числе, по осям их вращения с учетом влияния астрономических условий на динамику движения объектов; имитацию сигналов спутников ГЛОНАСС и/или GPS; при этом используют данные по конструкции реального объекта космического мусора (ОКМ), а именно, реального нефункционирующего космического аппарата определенного типа, подлежащего удалению с орбиты, и параметры его орбитального движения; указанные параметры получают путем измерения данных по орбитальному движению заданного к удалению ОКМ и их аппроксимации на время планируемой миссии, по параметрам заданного к удалению ОКМ разрабатывают алгоритм выполнения основных этапов способа его удаления с геостационарной орбиты (ГСО); определяют требования к конструкции, условиям эксплуатации и алгоритму функционирования сервисного космического аппарата; создают 3D-модель заданного к удалению ОКМ; создают 3D-модель сервисного космического аппарата (СКА) с узлом захвата в его составе; моделируют процессы сближения СКА с заданным к удалению ОКМ и его захвата; моделируют процесс орбитального движения связки СКА с ОКМ; моделируют процесс разделения ОКМ и СКА; при моделировании синхронизируют по времени модели орбитального движения ОКМ и сервисного космического аппарата.This technical problem is solved by using hardware and software tools and databases; simulation of the orbital motion of spacecraft (SC), including along the axes of their rotation, taking into account the influence of astronomical conditions on the dynamics of the motion of objects; imitation of GLONASS and / or GPS satellite signals; the data on the construction of a real space debris object (RCM), namely, a real non-functioning spacecraft of a certain type to be removed from the orbit, and the parameters of its orbital motion are used; These parameters are obtained by measuring data on the orbital motion of a given RCM for removal and their approximation for the time of the planned mission. According to the parameters of the RCM assigned to be removed, an algorithm is developed for performing the main steps of its removal from the geostationary orbit (GSO); determine the requirements for the design, operating conditions and algorithm of operation of the service spacecraft; create a 3D model of the specified OCM; create a 3D-model of the service spacecraft (SKA) with a capture node in its composition; simulate the processes of convergence of the SKA with the given to remove the OKM and its capture; simulate the process of the orbital motion of the ligament SKA with RCM; simulate the process of separation of ACM and SKA; in the simulation, the orbital motion models of the ACM and the service spacecraft are synchronized in time.
В состав комплекса предлагаемого для решения технической проблемы входят: база данных по конструкции реального нефункционирующего космического аппарата, подлежащего удалению с ГСО при выполнении планируемой миссии, средства регистрации и аппроксимации параметров орбитального движения; средства 3D-моделирования конструкций ОКМ и СКА; средства синхронизации и масштабирования модельного времени обоих объектов; средства моделирования упругих деформаций их конструкционных элементов и текущего изменения центров масс, связанного с выработкой топлива.The complex proposed for solving a technical problem includes: a database on the construction of a real non-functioning spacecraft to be removed from the GSO during the fulfillment of the planned mission, a means of recording and approximating the parameters of the orbital motion; means of 3D-modeling of structures OKM and SKA; means of synchronization and scaling of the model time of both objects; means of modeling the elastic deformations of their structural elements and the current change in the centers of mass associated with the development of fuel.
Суть изобретения поясняется графическим изображением, где показана схема комплекса. Комплекс для реализации способа моделирования процесса удаления космического мусора построен как локальная сеть. В состав комплекса входят: наблюдательно-измерительный пункт (НИП) 1, предназначенный для регистрации параметров орбитального движения реального ОКМ 2; блок аппроксимации (БА) 3; загрузочный блок (ЗБ) 4; блок архивированных данных (БАД) 5; блок формирования детализированной модели ОКМ (БФДМ) 6; база данных по конструкционным элементам платформ геостационарных КА (БДКЭ) 7; блок формирования модели СКА (БФМ) 8; блок моделирования сближения и захвата ОКМ (БМСЗ) 9; блок моделирования движения связки (БМДС) СКА и ОКМ на заданную орбиту 10; блок определения параметров завершения миссии (БОПЗМ) 11.The essence of the invention is illustrated by a graphic image showing the scheme of the complex. A complex for implementing a method for simulating the process of removing space debris is built as a local network. The complex includes: observation-measuring point (NIP) 1, designed to record the parameters of the orbital motion of a
Принцип работы по предлагаемому способу заключается в следующем. На наблюдательно-измерительном пункте (НИП) 1 с помощью средств наблюдения и измерения регистрируют в реальном времени параметры орбитального движения, включая скорости вращения относительно собственных осей, реального ОКМ 2 - нефункционирующего космического аппарата определенного типа и серийного номера известной конструкции, подлежащего удалению с ГСО при выполнении планируемой миссии.The principle of operation of the proposed method is as follows. At the observation and measurement point (NIP) 1, using orbit and measurement tools, parameters of orbital motion are recorded in real time, including rotational speeds relative to own axes,
С НИП 1 полученные параметры орбитального движения передают в блок аппроксимации 3. Также, в блок аппроксимации 3, например, из загрузочного блока 4 вводят исходные данные миссии удаления ОКМ 2: дату и время начала миссии (например, запуска СКА), параметры орбиты на которую следует доставить ОКМ, предварительное заданное время доставки ОКМ 2 на заданную орбиту, параметры движения астрономических тел на период выполнения миссии. С помощью блока аппроксимации 3 формируют модель орбитального движения ОКМ 2, учитывающую скорости его вращения относительно собственных осей и влияние на него астрономических тел на период выполнения миссии. Данные из блока аппроксимации 3 поступают в блок формирования детализированной модели ОКМ 6. Также, в блок формирования детализированной модели ОКМ 6, например, из блока архивированных данных 5 поступают данные по конструкции ОКМ 2, необходимые для формирования его 3D-модели. В результате, в БФДМ 6 создается подробная модель ОКМ 2, учитывающая особенности его конструкции, включая габариты, массу, моменты инерции и динамические параметры орбитального движения на период выполнения миссии. На основании подробной модели ОКМ 2 и данных, поступающих, например, из БДКЭ 7, в блоке формирования модели СКА 8 формируют данные по конструкции, условиям эксплуатации, алгоритму функционирования, параметрам орбитального движения, предусматривающим приближение СКА к ОКМ на заданное расстояние в заданное время, и 3D-модель сервисного космического аппарата. Также, в БФМ 8 формируют алгоритм захвата ОКМ 2 и 3D-модель узла захвата в составе СКА. Данные по моделям ОКМ и СКА, включая параметры их орбитального движения, передают в БМСЗ 9. В БМСЗ 9 моделируют процесс сближения СКА с ОКМ, учитывая при этом выработку топлива и, как следствие, смещение центра масс СКА. При моделировании захвата ОКМ 2 моделируют изменение скоростей вращения СКА и ОКМ, деформации узла захвата и элементов конструкции обоих объектов. Формируют данные орбитального движения связки СКА с ОКМ, учитывая угловые скорости вращения связки, возможные гармонические колебания упругих элементов конструкций объектов и направление векторов тяги двигателей коррекции СКА относительно общего центра масс. Данные, сформированные в блоке 9, передают в блок моделирования движения связки СКА и ОКМ на заданную орбиту 10. В блоке моделирования движения связки СКА и ОКМ на заданную орбиту БМДС 10 моделируют процесс стабилизации и ориентации связки СКА и ОКМ, работу двигателей коррекции и ориентации при движение связки СКА и ОКМ на заданную орбиту, уточняют дату и время доставки ОКМ на заданную орбиту. Данные, полученные в блоке 10, передают в блок определения параметров завершения миссии 11. В блоке определения параметров завершения миссии 11 моделируют процесс разделения ОКМ и СКА, параметры орбитального движения ОКМ после отделения от СКА, процесс ориентации и стабилизации СКА, параметры орбитального движения СКА после отделения от ОКМ, уточняют оставшийся на борту СКА запас топлива, точную массу СКА и положение его центра масс.With
В блоках 9, 10 и 11 предусматривают программные средства синхронизации орбитального движения ОКМ и СКА по модельному времени, а также, программные средства применения при моделировании реального, ускоренного и замедленного масштабов времени.In
На всех этапах миссии модель орбитального движения реального ОКМ может быть уточнена, например, в связи с изменением положения соседних функционирующих космических аппаратов.At all stages of the mission, the model of the orbital motion of a real RCM can be refined, for example, in connection with a change in the position of neighboring functioning spacecraft.
В части примеров реализации следует отметить следующее.In terms of implementation examples, the following should be noted.
Комплекс, предлагаемый для решения технической проблемы, может быть создан на основе локальной сети, объединяющей вычислительные средства, с установленными на них программами моделирования со средствами НИП, с базами данных и загрузочным модулем в соответствии с графическим изображением, где показана схема комплекса. Для организации обмена данными между функциональными элементами комплекса возможно использовать, например, Автоматизированную систему управления и телеметрического обеспечения (АСУ ИТО) «Раскат», используемую в АО «ИСС» для автоматизации процедур проведения и контроля результатов комплексных электрических испытаний изготавливаемых космических аппаратов и их подсистем. Информация по АСУ ИТО «Раскат» приведена, например, в работе [5] - (А.В. Никипелов, Р.С. Симанов, Ю.М. Ермошкин, Е.Н. Якимов, В.В. Максимов, А.К. Шаров, Стенд огневых испытаний плазменных двигателей в АО «ИСС», Международный научно-технический журнал Наукоемкие технологии №8, 2016, т. 17).The complex proposed for solving a technical problem can be created on the basis of a local area network combining computational tools, with simulation programs installed on them with NPC tools, with databases and a loading module in accordance with a graphic image showing the complex diagram. To organize data exchange between the functional elements of the complex, it is possible to use, for example, the Rask Automated Control and Telemetry System (AIS ITU), used at ASC JSC to automate the procedures for conducting and monitoring the results of integrated electrical tests of manufactured spacecraft and their subsystems. Information on the automated control system of ITO “Peal” is given, for example, in [5] - (A.V. Nikipelov, R.S. Simanov, Yu.M. Ermoshkin, E.N. Yakimov, V.V. Maksimov, A. K. Sharov, Fire Test Stand for Plasma Engines in the JSC “ISS”, International Scientific and Technical Journal High Technology Technologies No. 8, 2016, vol. 17).
Сведения по примерам реализации НИП, по классификации ОКМ и по методам измерения орбитального движения ОКМ, включая их вращение относительно собственных осей, приведены в источнике [6] (Левкина П.А., Физические и орбитальные характеристики объектов космического мусора по данным оптических наблюдений, диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт астрономии Российской Академии Наук, Москва, 2016).Information on examples of NIP implementation, on OKM classification and on methods of measuring OKM orbital motion, including their rotation relative to their own axes, is given in source [6] (Pavel Levkina, Physical and orbital characteristics of objects of space debris according to optical observations, dissertation for the degree of Candidate of Physics and Mathematics, Federal State Budgetary Institution of Science, Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 2016).
В качестве примера реального ОКМ 2 - нефункционирующего космического аппарата определенного типа и серийного номера известной конструкции, подлежащего удалению с ГСО при выполнении планируемой миссии, может быть указан любой из космических геостационарных аппаратов изготовления, например, АО «ИСС», выведенный к настоящему времени из эксплуатации. Данные по КА изготовления АО «ИСС» приведены, например, в источнике [7] (АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» Более 55 лет в космосе, http://raaks.ru/docs/doc20170315_019.pdf)As an example of a real RCM 2 - non-functioning spacecraft of a certain type and a serial number of a known structure to be removed from the GSO when performing a planned mission, any of the space geostationary devices manufactured, for example, ISS, decommissioned, can be indicated . Data on spacecraft manufactured by JSC “ISS” are given, for example, in the source [7] (Information Satellite Systems JSC named after Academician MF Reshetnev ”for more than 55 years in space, http://raaks.ru/docs/doc20170315_019. pdf)
БА 3 может быть выполнен на основе стандартных вычислительных программ, например, Excel. Либо на основе специализированного наземного отладочного комплекса, описанного в источнике [8] (А.В. Барков, А.А. Колташев, М.В. Тимисков Технология создания программных модулей бортовых компьютеров спутников, Международный научно-технический журнал Наукоемкие технологии №9, 2014, т. 15), используемого в АО «ИСС» для отладки бортового программного обеспечения изготавливаемых КА. В состав указанного комплекса входят средства, достаточные для формирования модели орбитального движения нефункционирующего космического аппарата, учитывающей влияние астрономических объектов, построенной на основе данных, полученных с НИП. Также, указанный комплекс обеспечивает операции с модельным временем (синхронизация, масштабирование) и содержит данные по движению астрономических объектов. Созданную в БА модель орбитального движения аппроксимируют. Под аппроксимацией здесь принимается формирование предварительного прогноза по движению заданного ОКМ на период выполнения миссии. На основе этого комплекса также могут быть реализованы блоки БМДС 10 и БОПЗМ 11.
ЗБ 4 может быть реализован в среде АСУ ИТО «Раскат», предусматривающей возможность ввода (в данном случае в БА) оператором массивов информации.
БАД 5 и БДКЭ 7 могут быть реализованы как электронная база данных по конструкции ОКМ, подлежащего удалению с ГСО при выполнении планируемой миссии и, соответственно, база данных по конструкционным элементам платформ геостационарных КА, например, на основе технического архива АО «ИСС».
БФДМ 6 и БФМ 8 могут быть реализованы как средства 3D-моделирования на основе, например, средства автоматизированного проектирования CATIA, описанного, например, в источнике [9] (http://www.axispanel.ru/working-party/programs/catia.php).
БМСЗ 9 может быть реализован также, на основе средства автоматизированного проектирования CATIA и, например, среды для моделирования, имитации и оценки результатов анализа характеристик изделия FEMAP, описанной, например, в источнике [10] (https://ru.wikipedia.org/wiki/Femap).
Заявляемый способ, в отличии от прототипа, позволяет выполнять моделирование процесса удаления космического мусора, а именно, моделирования взаимодействия сервисного космического аппарата с ОКМ - нефункционирующим космическим аппаратом на всех этапах миссии при помощи комплекса, предусматривающего наличие в нем блоков хранения данных, необходимых для моделирования как процесса удаления, так и самих объектов - СКА и ОКМ; блоков моделирования движения объектов, сближения, захвата и вывода ОКМ с ГСО на заданную орбиту, движения СКА и ОКМ после завершения миссии. При этом при моделировании используют реальные данные как СКА и ОКМ, так и реальные данные условий и параметров, в которых осуществляется данная миссия. Кроме того, предусматривается возможность масштабирования процесса взаимодействия аппаратов во времени, что позволяет прогнозировать ситуации и заблаговременно корректировать процесс.The inventive method, in contrast to the prototype, allows you to simulate the process of removing space debris, namely, modeling the interaction of the service spacecraft with the RCM - non-functioning spacecraft at all stages of the mission using a complex that provides for the presence of data storage units in it the removal process, as well as the objects themselves - SKA and OKM; units for modeling the movement of objects, approaching, capturing and outputting the RCM from the GSO to a given orbit, the movements of the SCA and RCM after the completion of the mission. At the same time, when modeling, real data is used, both SKA and OKM, and real data of conditions and parameters in which this mission is carried out. In addition, it provides for the possibility of scaling the process of interaction between the devices over time, which allows us to predict situations and correct the process in advance.
Заявляемое изобретение может быть использовано в космической технике на различных этапах разработки, детализации и отработки сценариев удаления космического мусора с помощью сервисных космических аппаратов.The claimed invention can be used in space technology at various stages of development, detailing and working out scenarios for the removal of space debris using service spacecraft.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125126A RU2689088C1 (en) | 2018-07-09 | 2018-07-09 | Modeling method of space debris removal process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125126A RU2689088C1 (en) | 2018-07-09 | 2018-07-09 | Modeling method of space debris removal process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689088C1 true RU2689088C1 (en) | 2019-05-23 |
Family
ID=66636732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018125126A RU2689088C1 (en) | 2018-07-09 | 2018-07-09 | Modeling method of space debris removal process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689088C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775095C1 (en) * | 2021-08-17 | 2022-06-28 | Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") | Method for viewing the geostationary region for detecting and observing space debris from a spacecraft |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527632C2 (en) * | 2012-12-27 | 2014-09-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)" | Simulation of spacecraft flight in space on ground |
| US20150088475A1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-03-26 | The Aerospace Corporation | Space debris visualization, characterization and volume modeling |
| RU2559392C1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Removal of non-functional spacecraft from geostationary orbit |
-
2018
- 2018-07-09 RU RU2018125126A patent/RU2689088C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527632C2 (en) * | 2012-12-27 | 2014-09-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет)" | Simulation of spacecraft flight in space on ground |
| US20150088475A1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-03-26 | The Aerospace Corporation | Space debris visualization, characterization and volume modeling |
| RU2559392C1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Removal of non-functional spacecraft from geostationary orbit |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775095C1 (en) * | 2021-08-17 | 2022-06-28 | Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") | Method for viewing the geostationary region for detecting and observing space debris from a spacecraft |
| RU2791518C1 (en) * | 2022-08-25 | 2023-03-09 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for removing defunct space vehicles from a geostationary orbit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105466477B (en) | A kind of Space borne detection simulation system and method towards Satellite Targets and stars | |
| Bowen et al. | Cubesat proximity operations demonstration (cpod) mission update | |
| Bowen et al. | Cubesat based rendezvous, proximity operations, and docking in the CPOD mission | |
| CN101726296A (en) | Vision measurement, path planning and GNC integrated simulation system for space robot | |
| Bodin et al. | PRISMA: An in-orbit test bed for guidance, navigation, and control experiments | |
| Galante et al. | Pose measurement performance of the argon relative navigation sensor suite in simulated-flight conditions | |
| CN109612438B (en) | Method for determining initial orbit of space target under constraint of virtual coplanar condition | |
| Schulte et al. | Development of an integrated spacecraft guidance, navigation, & control subsystem for automated proximity operations | |
| Bodin et al. | System test results from the GNC experiments on the PRISMA in-orbit test bed | |
| Nolet | Development of a guidance, navigation and control architecture and validation process enabling autonomous docking to a tumbling satellite | |
| Teil et al. | Centroid and apparent diameter optical navigation on mars orbit | |
| Di Domenico et al. | The ERC-funded EXTREMA project: Achieving self-driving interplanetary CubeSats | |
| Sato et al. | Improvement and verification of satellite dynamics simulator based on flight data analysis | |
| Biondi et al. | Kinematic registration and shape analysis for locating center of mass in large passive spacecraft | |
| Ticona et al. | Attitude determination and control system for nadir pointing and detumbling using magnetorquer for 1u bolivian cubesat | |
| RU2689088C1 (en) | Modeling method of space debris removal process | |
| Sternberg | Optimal docking to tumbling objects with uncertain properties | |
| Leonard et al. | Orbit determination strategy and simulation performance for osiris-rex proximity operations | |
| Benz et al. | Multi-purpose spacecraft simulator for LADEE | |
| Pelivan et al. | High performance satellite dynamics and control simulation for multi-purpose application | |
| Sternberg et al. | INSPECT sensor suite for on-orbit inspection and characterization with extravehicular activity spacecraft | |
| RU2696399C2 (en) | Method for independent determination of spacecraft orbit parameters | |
| Ryan | Experimental testing of the accuracy of attitude determination solutions for a spin-stabilized spacecraft | |
| Sabatini et al. | Facility for validating technologies for the autonomous space rendezvous and docking to uncooperative targets | |
| Tan et al. | Mata: Mission, attitude, and telemetry analysis software for micro-satellites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210118 |