Ученые вывели законы управления космической вращающейся тросовой системой

Дзен

Математическую модель, позволяющую эффективно управлять группой спутников, соединенных между собой тросами, создал исследователь Самарского университета в составе международного научного коллектива. По словам авторов, модель позволяет эффективно управлять связкой космических аппаратов. Результаты опубликованы в Acta Astronautica.

Вращающаяся космическая тросовая система — это связка двух космических аппаратов, которая находится в режиме вращения как «космическая праща», при этом ее центр масс движется по заданной орбите. Обычно она состоит из большого основного спутника и маленького субспутника, связанных тонким прочным тросом длиной в десятки километров, рассказали в Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева (Самарский университет).

Вращающиеся тросовые системы в космосе позволяют выполнять задачи, которые невозможно, нецелесообразно или неэкономично решать с помощью существующих средств космической техники. Их используют, в частности, для создания искусственной тяжести, формирования группировок спутников, выведения спутников на орбиты. В последнее время большое внимание уделяется возможности применения тросовых систем в качестве «санитаров космоса» — для очистки орбит от космического мусора.

Доцент кафедры динамики полета и систем управления Самарского университета Павел Фадеенков совместно с китайскими коллегами под руководством профессора института автоматики Северо-Западного политехнического университета города Сиань (КНР) Ван Чанцина создал математическую модель, которая позволяет построить систему управления двигателями малой тяги космических аппаратов для поворота плоскости вращения тросовой системы на значительные углы.

Руководитель научного коллектива, профессор института автоматики Северо-Западного политехнического университета города Сиань (КНР) Ван Чанцин и Павел Фадеенков обсуждают с китайскими студентами работу стенда для отработки процесса отделения спутника на тросе в китайском отделении совместной российско-китайской лаборатории тросовых систем

По словам исследователей, на основе формализма Лагранжа они получили уравнения движения во вращающейся системе координат.«»Главное преимущество в том, что новая модель позволила получить законы управления электрическими двигателями в аналитическом виде, чтобы перевести систему во вращение и парировать различные возмущения. Это позволит быстрее создать реальную космическую систему», — отметил Фадеенков.

Он добавил, что было исследовано движение связки спутников массами 1600 и 60 килограммов с тросом длиной 3 километра, находящуюся на высоте 500 километров. Плоскость вращения связки можно изменить на 90 градусов при помощи электроракетных двигателей с максимальной тягой в 2 ньютона. Ученые установили, что система управления может обеспечить точность по ориентации менее одной тысячной доли радиана (менее 0,05 градуса).

Применение математической модели открывает возможности исследования большого числа задач, связанных с пространственным вращательным движением различных тел, рассказали в вузе.

В дальнейшем ученые планируют разработать реальную космическую систему, которая позволит удалять космический мусор с орбиты в нужном направлении.