RU2791518C1 - Method for removing defunct space vehicles from a geostationary orbit - Google Patents
Method for removing defunct space vehicles from a geostationary orbit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791518C1 RU2791518C1 RU2022122857A RU2022122857A RU2791518C1 RU 2791518 C1 RU2791518 C1 RU 2791518C1 RU 2022122857 A RU2022122857 A RU 2022122857A RU 2022122857 A RU2022122857 A RU 2022122857A RU 2791518 C1 RU2791518 C1 RU 2791518C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- gso
- orbit
- longitude
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области космической техники, а именно - к способам очистки околоземного космического пространства от космического мусора (КМ).The invention relates to the field of space technology, namely, to methods for cleaning near-Earth space from space debris (SM).
В силу остроты проблемы КМ, в 2003 году по поручению Комитета ООН по мирному использованию космического пространства (COPUOS), Межагентским координационным комитетом по КМ подготовлен, а в 2007 году Генеральной ассамблеей ООН одобрен список мер, направленных на ограничение техногенного засорения космоса. Предложения включают в себя 25-летнее ограничение на максимальное время жизни исчерпавших свой ресурс низкоорбитальных КА и перевод геостационарных КА на орбиты захоронения.Due to the severity of the problem of space debris, in 2003, on behalf of the UN Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS), the Inter-Agency Coordinating Committee on Space Space prepared, and in 2007 the UN General Assembly approved a list of measures aimed at limiting man-made space debris. The proposals include a 25-year limit on the maximum lifetime of depleted low-orbit spacecraft and the transfer of geostationary spacecraft to disposal orbits.
Национальным стандартом РФ [1] (Российская Федерация ГОСТ Р 52925-2018. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства) пунктом 5.2 предписано предотвращать образование КМ в процессе штатных операций космических средств (КСр) и предупреждать столкновения КСр на орбите. Согласно пункту 5.3 требования настоящего стандарта к КСр следует включать в ТТЗ (ТЗ) на вновь создаваемые и модернизируемые КСр.The National Standard of the Russian Federation [1] (Russian Federation GOST R 52925-2018. Space technology products. General requirements for space vehicles to limit technogenic clogging of near-Earth space), paragraph 5.2, prescribes to prevent the formation of space debris during regular operations of space vehicles (Sr) and to prevent collisions KSR in orbit. According to paragraph 5.3, the requirements of this standard for CSR should be included in the TTZ (TOR) for newly created and modernized CSR.
За прототип принята схема увода, основанная на общих требованиях вышеприведенного стандарта. Регламент в части увода с геостационарной орбиты (ГСО) отработавших свой срок активного существования космических аппаратов (КА), как уровень техники, представляет собой следующий естественным порядком набор операций:A withdrawal scheme based on the general requirements of the above standard was adopted as a prototype. The regulation regarding the removal from the geostationary orbit (GSO) of spacecraft (SC) that have completed their active life, as a state of the art, is the following set of operations in a natural order:
1. Работы по устранению эксцентриситета орбиты, если он превышает допустимое значение для нахождения КА в рабочей области удержания (ОУД).1. Work to eliminate the eccentricity of the orbit, if it exceeds the allowable value for the spacecraft to be in the working area of containment (OCA).
Допустимое значение эксцентриситета на ГСО не более 0,0006 для ОУД ±0,10 относительно рабочей точки стояния, и 0,0003 - для ОУД ±0,050. Данный пункт может иметь место только при нештатных ситуациях с КА, так как рабочий эксцентриситет на порядок, то есть пренебрежимо мал по сравнению с допустимым для орбиты захоронения.The permissible value of the eccentricity on the GSO is not more than 0.0006 for the OUD ±0.1 0 relative to the working standing point, and 0.0003 - for the OUD ±0.05 0 . This item can only take place in emergency situations with the spacecraft, since the operating eccentricity is an order of magnitude, that is, negligible compared to the allowable for the disposal orbit.
2. Контроль гарантированных остатков рабочего тела системы коррекции орбиты КА в обеспечение увода с ГСО.2. Control of the guaranteed remnants of the working body of the spacecraft orbit correction system to ensure the withdrawal from the GSO.
3. Расчет минимальной длительности работы двигательной установки (ДУ) в обеспечение увода на орбиту захоронения выше ГСО согласно [1] стр. 5 и [2] (К. Эрике «Космический полет», т. II, часть 1, стр. 388) по формуле:3. Calculation of the minimum duration of the operation of the propulsion system (PS) to ensure the insertion into the disposal orbit above the GSO according to [1] p. 5 and [2] (K. Erike "Space flight", vol. II,
где τ - суммарная длительность работы ДУ, с;where τ - total duration of operation of the remote control, s;
С R - коэффициент давления солнечного излучения, от 1 до 2 кг/м; C R - solar radiation pressure coefficient, from 1 to 2 kg/m;
А/m - отношение площади поперечного сечения КА к его массе после прекращения штатного функционирования и проведения пассивации, м2/кг; A/m is the ratio of the cross-sectional area of the spacecraft to its mass after the termination of regular operation and passivation, m 2 /kg;
μ - гравитационный параметр Земли, км3/с2; μ is the gravitational parameter of the Earth, km 3 /s 2 ;
a st - большая полуось ГСО, км; a st - semi-major axis of GSO, km;
V - трансверсальная скорость КА на ГСО, км/с; V is the transversal velocity of the spacecraft in the GEO, km/s;
a - достоверное ускорение от работы ДУ, км/с2. a - reliable acceleration from the operation of the PS, km/s 2 .
Сомножитель в квадратных скобках - это номинальное превышение [1] высоты перигея орбиты захоронения над высотой ГСО, км, аппроксимирующая функция, первое и второе слагаемые которой не согласованы по единице измерения. Но - такой стандарт [1].The factor in square brackets is the nominal excess [1] of the perigee height of the disposal orbit over the GSO height, km, an approximating function, the first and second terms of which are not consistent in terms of the unit of measurement. But - such a standard [1].
4. Выбор времени начала увода из расчета того, что в течение полусуток до окончания работы ДУ КА будет находиться в районе либо апогея орбиты, либо - одной из фокальных точек, где изменение эксцентриситета равно нулю или минимально. Вообще, согласно [1] время начала увода может быть и произвольным, поскольку допуск на конечный эксцентриситет орбиты захоронения (0,003) достаточно большой, а максимальное изменение эксцентриситета за все время увода не более 0,0003.4. Selecting the start time of the withdrawal based on the fact that for half a day before the end of the operation, the SC will be in the region of either the apogee of the orbit, or one of the focal points where the change in eccentricity is zero or minimal. In general, according to [1], the time of the start of the drift can be arbitrary, since the tolerance for the final eccentricity of the disposal orbit (0.003) is quite large, and the maximum change in the eccentricity for the entire time of the drift is no more than 0.0003.
5. Проведение коррекции увода.5. Carrying out a slip correction.
В расчетное время включают ДУ системы коррекции.At the estimated time, the remote control of the correction system is turned on.
6. Измерение текущих навигационных параметров (ИТНП) - радиоконтроль орбиты увода.6. Measurement of current navigation parameters (ITNP) - radio control of the withdrawal orbit.
Определяют параметры текущей орбиты КА и фактическое ускорение от работы ДУ.The parameters of the current orbit of the spacecraft and the actual acceleration from the operation of the PS are determined.
ИТНП проводят полным (штатным) циклом на одно-полуторасуточном интервале в зависимости от количества привлекаемых наземных пунктов.ITNP is carried out in a full (regular) cycle at a one-and-a-half-day interval, depending on the number of ground stations involved.
7. При необходимости повторение пункта 3, где вместо слагаемого 235 км стоит отрицательная разница в превышениях над высотой ГСО высоты перигея текущей орбиты и высоты перигея орбиты захоронения.7. If necessary, repeat
8. ИТНП.8. ITNP.
Прототип имеет существенный недостаток. Он никак не регламентирует положение КА на ГСО до начала заключительных операций в случае, когда ОУД находится на западной границе зоны (радио)видимости КА с Земли. Ведь по регламенту при фактической тяге 0,083 Н для увода КА с массой 4000 кг на орбиту захоронения требуется от 6 до 9 суток. Если стартовать из ОУД, КА уже через 5-6 суток после основной работы ДУ окажется в 10 градусах к западу от ОУД и в 20 градусах к западу от ОУД на десятые сутки полета. Контроль исполнения увода с геостационарной орбиты прекративших активное существование КА будет проблематичен либо неосуществим.The prototype has a significant drawback. It does not in any way regulate the position of the spacecraft on the GEO before the start of the final operations in the case when the OUD is located on the western border of the spacecraft (radio) visibility zone from the Earth. After all, according to the regulations, with an actual thrust of 0.083 N, it takes from 6 to 9 days to take a spacecraft with a mass of 4000 kg into a disposal orbit. If you start from the OMA, the spacecraft will be 10 degrees west of the OMA and 20 degrees west of the OMA on the tenth day of the flight in 5-6 days after the main operation of the PS. Control over the implementation of the removal from the geostationary orbit of spacecraft that have ceased their active existence will be problematic or unfeasible.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увод прекратившего активное существование КА с ГСО на орбиту захоронения при наличии действующих ограничений на угол места целеуказаний для наведения наземных антенн командно-измерительных систем наземных пунктов.The technical problem to be solved by the claimed invention is the withdrawal of a spacecraft with GSO that has ceased active existence into a disposal orbit in the presence of existing restrictions on the elevation angle of target designations for pointing ground antennas of command and measuring systems of ground stations.
Указанная техническая проблема решается способом увода прекративших активное существование КА с геостационарной орбиты, включающим контроль гарантированных остатков рабочего тела системы коррекции орбиты КА в обеспечение увода с ГСО, расчет минимальной длительности работы ДУ в обеспечение увода на орбиту захоронения, выбор времени начала увода, ИТНП, отличающимся тем, что на востоке от ОУД выбирают свободный высотный коридор шириною по долготе не менее чем в 0,20 на расчетном отдалении (ΔL), градусы, определяемом из соотношения:The specified technical problem is solved by the method of removal of spacecraft that have ceased active existence from the geostationary orbit, including the control of the guaranteed remnants of the working body of the spacecraft orbit correction system to ensure the removal from the GSO, the calculation of the minimum duration of the PS operation to ensure the removal to the disposal orbit, the choice of the start time of the withdrawal, ITNP, which differ by the fact that in the east of the OUD a free high-altitude corridor is chosen with a width in longitude of at least 0.2 0 at the estimated distance (Δ L ), degrees, determined from the ratio:
где - минимальное (предлагается) превышение высоты перигея орбиты захоронения над высотой ГСО, км;Where - minimum (proposed) excess of the perigee height of the disposal orbit over the GSO height, km;
τ - суммарная длительность работы ДУ, сут;τ is the total duration of the PS operation, days;
80 - размерный коэффициент, сут⋅км/градус,80 - dimensional coefficient, day⋅km/degree,
позволяющем реализовать переход КА на орбиту захоронения в пределах зоны видимости с наземных пунктов, определяют стратегию перевода КА к этому коридору, согласно этой стратегии проводят коррекцию разгона, проводят контрольное ИТНП и проводят совмещенную коррекцию торможения в восточном и разгона в западном направлениях, длительность которой в сутках определяют по формуле:which allows to implement the transition of the spacecraft to the disposal orbit within the visibility zone from ground stations, determine the strategy for transferring the spacecraft to this corridor, according to this strategy, the acceleration correction is carried out, the control ITNP is carried out and the combined correction of deceleration in the east and acceleration in the west directions is carried out, the duration of which is in days determined by the formula:
где - максимальная (установившаяся) скорость пассивного дрейфа в восточном направлении, градус/сут,Where - maximum (steady) speed of passive drift in the east direction, degrees / day,
совмещенную коррекцию проводят так, чтобы КА при пересечении номинальной ГСО находился в области высотного коридора.the combined correction is carried out so that the spacecraft, when crossing the nominal GSO, is in the region of the high-altitude corridor.
Под высотным коридором понимается область по долготе на ГСО, свободная от каких-либо КА на этой орбите и предназначенная для изменения направления активного дрейфа КА по долготе на противоположное.An altitude corridor is understood as an area in longitude on the GSO, free from any spacecraft in this orbit and designed to change the direction of the active drift of the spacecraft in longitude to the opposite.
На фиг. 1 показана принципиальная схема увода прекратившего активное существование КА с ГСО.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the removal of a spacecraft with a GEO that has ceased active existence.
Введены следующие обозначения:The following notation has been introduced:
1 - ГСО;1 - GSO;
2 - ОУД;2 - OUD;
3 - коррекция разгона;3 - acceleration correction;
4 - ИТНП;4 - ITNP;
5 - пассивный дрейф к высотному коридору;5 - passive drift to the high-altitude corridor;
6 - высотный коридор;6 - high-rise corridor;
7 - совмещенная коррекция торможения и разгона;7 - combined correction of deceleration and acceleration;
8 - коррекция доразгона.8 - overclocking correction.
Приведем вывод формулы (2).We present the derivation of formula (2).
Дрейф по долготе, например, в западном направлении, на высоте ГСО 1 можно описать следующим образом.Drift in longitude, for example, in a westerly direction, at
Определим, какое отклонение периода обращения от звездных суток требуется, чтобы скорость дрейфа средней (осредненной на витке) долготы составляла один градус в сутки:Let us determine what deviation of the period of revolution from the sidereal day is required for the drift rate of the mean (averaged per revolution) longitude to be one degree per day:
, где 360 - полный оборот, градусы; 86164,1 - период обращения, равный звездным суткам, с. То есть скорости дрейфа 10/сут соответствует отклонение (ΔТ) по периоду обращения 240 с. Далее. Согласно [3] (К. Эрике «Космический полет», т. I, стр. 391): , where 360 is a full turn, degrees; 86164.1 - period of revolution equal to sidereal days, s. That is, the
где Т - период обращения КА, с;where T is the orbital period of the spacecraft, s;
a orb - радиус перигея орбиты КА (строго говоря, - большая полуось орбиты КА), км. a orb is the perigee radius of the SC orbit (strictly speaking, is the semi-major axis of the SC orbit), km.
После дифференцирования (4) и перехода к приращениям будем иметь:After differentiation (4) and transition to increments, we will have:
где , км,Where , km,
или ΔТ ≈ 3Δa orb . Разделим левую и правую части (5) на 240. Допуская ΔТ = 3Δa orb , будем иметь:or ΔT ≈ 3Δ a orb . Divide the left and right sides of (5) by 240. Assuming ΔТ = 3Δ a orb , we will have:
Левая часть (6) - скорость дрейфа, градусы/сут. Тогда активное (с учетом работы ДУ) движение (коррекции разгона 3, торможения и разгона 7 и доразгона 8) и пассивное движение (дрейф 5, ИТНП 4) с ГСО 1 из ОУД 2 до высотного коридора 6 и из высотного коридора до орбиты захоронения можно представить в следующем виде:Left side (6) - drift velocity, degrees/day. Then active (taking into account the operation of the PS) movement (corrections of
где - суммарная длительность работы ДУ, i = 1,2, …, n, когда орбита КА находился под ГСО, сут;Where - total duration of PS operation, i = 1,2, …, n , when the spacecraft orbit was under GEO, days;
τ2 - суммарная длительность пассивного дрейфа 5, включающего и ИТНП 4, когда орбита КА находился под ГСО, сут;τ 2 - the total duration of
- суммарная длительность работы ДУ, j = 1, …, k, когда орбита КА находится над ГСО, сут; - total duration of PS operation, j = 1, …, k , when the spacecraft orbit is above the GSO, days;
τ4 - длительность пассивного дрейфа на интервалах ИТНП 4, когда орбита КА находится над ГСО, сут,τ 4 is the duration of the passive drift at the intervals of
и величины и берутся со своим знаком.and quantities And are taken with their sign.
Длительность работы ДУ делится пополам, потому что во время работы ДУ имеет место равноускоренное или равнозамедленное движение по долготе.The duration of the remote control is divided in half, because during the operation of the remote control there is a uniformly accelerated or uniformly slow movement along the longitude.
Уравнение (2) является частным случаем соотношения (7). В уравнении (2) последний член 2 отвечает за контрольные ИТНП. Вообще, τ2 и τ4 в (7) отвечают за пассивный дрейф в начале при переводе в высотный коридор и после разгона (доразгона), потому перемещения по долготе строго привязаны к начальным отклонениям по большой полуоси.Equation (2) is a particular case of relation (7). In equation (2), the
Уравнение (3) является частным случаем уравнения (1) в понимании (6).Equation (3) is a special case of equation (1) in the sense of (6).
Техническим результатом изобретения является полностью контролируемый увод КА на орбиту захоронения при наличии объективных ограничений по зонам видимости КА с наземных пунктов, имеющих командно-измерительные системы связи.The technical result of the invention is a fully controlled diversion of the spacecraft into a disposal orbit in the presence of objective restrictions on the areas of visibility of the spacecraft from ground stations with command and measurement communication systems.
Claims (15)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2791518C1 true RU2791518C1 (en) | 2023-03-09 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109515758A (en) * | 2018-11-05 | 2019-03-26 | 中国空间技术研究院 | A kind of GEO satellite using remaining propellant and helium leaves the right or normal track method |
RU2689088C1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Малые космические аппараты" | Modeling method of space debris removal process |
CN112298606A (en) * | 2020-09-29 | 2021-02-02 | 北京空间飞行器总体设计部 | Off-orbit method for geostationary orbit communication satellite |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2689088C1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-05-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Малые космические аппараты" | Modeling method of space debris removal process |
CN109515758A (en) * | 2018-11-05 | 2019-03-26 | 中国空间技术研究院 | A kind of GEO satellite using remaining propellant and helium leaves the right or normal track method |
CN112298606A (en) * | 2020-09-29 | 2021-02-02 | 北京空间飞行器总体设计部 | Off-orbit method for geostationary orbit communication satellite |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ Р 52925-2018 (Дата введения 01.01.2019), разделы 5-6. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109625323B (en) | Satellite chemical propulsion orbital transfer method and system | |
US8424808B2 (en) | Compensating for wind prior to engaging airborne propulsion devices | |
EP0781706A2 (en) | Systematic vectored thrust calibration method for satellite momentum control | |
CN111591469A (en) | Low-orbit constellation system phase keeping method, system, equipment and storage medium | |
CN102880184A (en) | Autonomous orbit control method for stationary orbit satellite | |
CN109774974B (en) | Track design method for space debris approaching | |
Tarabini et al. | Ground guided CX-OLEV rendez-vous with uncooperative geostationary satellite | |
CN114970180A (en) | On-orbit optimization method for spacecraft fly-by-flight observation | |
EP1852350B1 (en) | Method of operating a geostationary satellite and satellite control system for implementing said method | |
Kos et al. | Altair descent and ascent reference trajectory design and initial dispersion analyses | |
RU2791518C1 (en) | Method for removing defunct space vehicles from a geostationary orbit | |
EP0467671A2 (en) | Retry/recovery method in rendezvous manoeuvre | |
RU2559392C1 (en) | Removal of non-functional spacecraft from geostationary orbit | |
Mase et al. | Mars odyssey navigation experience | |
Vaughan et al. | Navigation flight operations for Mars Pathfinder | |
RU2573015C2 (en) | Multimodule spacecraft for cleaning up geostationary orbit and method of cleaning up geostationary orbit | |
O’Shaughnessy et al. | Fire Sail: MESSENGER’s use of solar radiation pressure for accurate Mercury flybys | |
Nan et al. | Global 4-D trajectory optimization for spacecraft | |
You et al. | Navigating Mars reconnaissance orbiter: Launch through primary science orbit | |
RU2771191C1 (en) | Space service system and its functioning method | |
CN117208231B (en) | GEO satellite minimum orbit height calculation method based on satellite propellant constraint | |
RU2772498C1 (en) | Method for maintenance of a system of satellites in near-circular orbits and a space maintenance system for implementing the method | |
Yamanaka | Rendezvous strategy of the japanese logistics support vehicle to the International Space Station | |
Taboada et al. | Sentinel-3 orbit control strategy | |
Vasconcelos et al. | Sentinel-1 reference orbit acquisition manoeuvre campaign |