Поддержание треугольной спутниковой формации при помощи аэродинамических сил

Язык труда и переводы:
УДК:
629.78
Дата публикации:
12 января 2022, 23:59
Категория:
Секция 05. Прикладная небесная механика и управление движением
Авторы
Маштаков Ярослав Владимирович
Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Иванов Данил Сергеевич
Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Монахова Ульяна Владимировна
Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН
Аннотация:
Рассмотрена задача поддержания конфигурации из трех аппаратов, формирующих правильный треугольник в приэкваториальной зоне. Предложены начальные орбиты для этих аппаратов, обеспечивающие требуемое изменение размеров треугольника с начальных 100 до 1000 км в течение года. Для фазирования аппаратов используется сила аэродинамического сопротивления. Требуемое изменение ориентации обеспечивается системой управления на основе двигателей-маховиков и магнитных катушек
Ключевые слова:
треугольные формации, сила сопротивления атмосферы, ориентация, маховики
Основной текст труда

Гамма-вспышки земного происхождения – это физическое явление, которое наблюдается в земной атмосфере. Впервые они были обнаружены в ходе эксперимента BATSE [1], проводимого на спутниковой обсерватории Compton Gamma Ray Observatory. Основной целью этого эксперимента было исследование гамма вспышек, которые генерируются космическими источниками, например квазарами и пульсарами, однако детекторы зарегистрировали также и земные гамма-вспышки. После этого подобные вспышки были зарегистрированы и другими космическими аппаратами: Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) [2], Fermi Gamma-Ray Space Telescope [3], Astrorivelatore Gamma a Immagini Leggero (AGILE) [4]. Несколько экспериментов по наблюдению гамма вспышек была также проведено и в России [5, 6].

Основная гипотеза появления гамма-вспышек земного происхождения заключается в том, что они вызываются молниевыми эффектами в атмосфере. В то же время, на текущий момент детальной математической модели этих эффектов до сих пор не разработано, так как не хватает данных одновременного наблюдения молниевых эффектов и гамма-вспышек.

В вышеупомянутых миссиях наблюдения всегда проводились при помощи только одного аппарата. Это приводило к невозможности точного определения источника гамма-вспышки. В настоящей работе мы рассматриваем миссию, состоящую из трех аппаратов нанокласса. Каждый из них предполагается оснастить двумя сенсорами, которые будут способны одновременно регистрировать как гамма-вспышки, так и молниевые эффекты, а также с достаточной точностью определять их положение на земной поверхности с помощью триангуляции.

Молниевые эффекты как правило наблюдаются вблизи экватора. Следовательно, необходимо, чтобы спутники образовывали близкий к правильному треугольник при пролете экваториальной зоны. Основной сложностью при проведении этой миссии оказывается необходимость изменения размеров этого треугольника, так как на текущий момент неизвестны точные размеры области, в которой могут наблюдаться гамма-вспышки: предварительные теоретические оценки дают разброс от 100 до 1 000 километров. При этом необходимо отметить, что рассматриваются аппараты нанокласса, а значит установка двигателей, способных существенно изменять параметры орбиты аппаратов, представляется едва ли осуществимой.

В настоящей работе мы предлагаем специальным образом подбирать начальные орбиты аппаратов, чтобы в течение года изменить длину стороны треугольника, образуемого аппаратами, с 1 000 до 100 км. Этот эффект достигается за счет малой разницы наклонения орбит аппаратов, что приводит к разнице дрейфов долгот восходящих узлов вследствие влияния второй зональной гармоники гравитационного поля Земли. При этом открытым остается вопрос фазирования аппаратов на орбите: из-за неточностей выведения аппаратов их большие полуоси будут незначительно отличаться, что приведет к нежелательному «разбеганию» или сближению аппаратов. Чтобы решить эту задачу, предлагается использовать силу аэродинамического сопротивления атмосферы. Конструкция спутников базируется на платформе ТНС-0, разработанной АО «Российские космические системы», и имеет форму продолговатой шестигранной призмы. Таким образом, меняя ориентацию аппаратов относительно орбитальной системы, оказывается возможным менять эффективную площадь сечения аппаратов относительно набегающего потока. Для обеспечения требуемого изменения ориентации аппаратов планируется использовать систему на основе двигателей-маховиков и магнитных катушек.

Грант
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-71-00149).
Литература
  1. Fishman G.J. et al. Discovery of intense gamma-ray flashes of atmospheric origin // Science (80-. ). 1994. Vol. 264, no. 5163. Pp. 1313–1316.
  2. Smith D.M. et al. Terrestrial gamma-ray flashes observed up to 20 MeV // Science (80-. ). 2005. Vol. 307, no. 5712. Pp. 1085–1088.
  3. Briggs M.S. et al. First results on terrestrial gamma ray flashes from the Fermi Gamma-ray Burst Monitor // J Geophys Res Sp Phys. 2010. Vol. 115, no. 7. Pp. 1–14.
  4. Marisaldi M. et al. Detection of terrestrial gamma ray flashes up to 40 MeV by the AGILE satellite // J Geophys Res Sp Phys. 2010. Vol. 115, no. 3. Pp. 1–12.
  5. Klimov P.A. et al. UV transient atmospheric events observed far from thunderstorms by the Vernov satellite // IEEE Geosci. Remote Sens Lett. 2018. Vol. 15, no. 8. Pp. 1139–1143.
  6. Sadovnichii V.A. et al. “Lomonosov” Satellite — Space Observatory to Study Extreme Phenomena in Space // Space Sci Rev Springer Science + Business Media B.V., 2017. Vol. 212, no. 3–4. Pp. 1705–1738.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.