Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Исследованы низкочастотные микроускорения на борту искусственного спутника Земли, предназначенного для микрогравитационных исследований на низкой, почти круговой орбите.
Квазистатические микроускорения на низкоорбитальном спутнике Земли вызываются четырьмя причинами: 1) движением спутника относительно центра масс как твердого тела, 2) градиентом гравитационного поля, 3) аэродинамическим торможением, 4) действием силы, создаваемой органами управления. Если спутник совершает неуправляемое движение или для управления им используется система гироскопических органов управления, то последняя из перечисленных причин исчезает. В таком случае квазистатическое микроускорение в заданной фиксированной точке борта описывается простой формулой, причем чтобы воспользоваться ею, достаточно знать только орбиту и вращательное движение спутника.
Пусть спутник представляет собой твердое тело, и точка жестко связана с его корпусом. Микроускорением в точке называется разность между напряженностью гравитационного поля в этой точке и абсолютным ускорением последней. Роль вектора в орбитальных экспериментах аналогична роли ускорения свободного падения в экспериментах на поверхности Земли. В частности, если в точке закрепить пробное тело с исчезающе малой массой ,то сила реакции, действующая на это тело со стороны спутника, будет равна . Приближенная формула для расчета микроускорений имеет вид [1]:
, (1)
,
,
.
Здесь — радиус-вектор точки относительно центра масс спутника — точки , — абсолютная угловая скорость спутника, точка над буквой означает дифференцирование по времени, — гравитационный параметр Земли, – геоцентрический радиус-вектор точки , , – скорость этой точки относительно поверхности Земли, , – плотность атмосферы в точке , — баллистический коэффициент спутника. Слагаемые в правой части формулы (1) отвечают первым трем указанным выше причинам возникновения микроускорений.
Формула (1) выведена для общего случая без каких-либо частотных ограничений. Однако если спутник имеет относительно большие инерционные характеристики и его вращательное движение рассчитывается как движение твердого тела (такое движение обычно очень медленное), то формула (1) дает именно квазистатическое микроускорение.
Формула (1) использовалась для расчета реальных квазистатических микроускорений, имевших место на летавших спутниках [1–10]. Ее можно использовать и для прогноза микроускорений [11, 12]. В этом случае составляются уравнения движения спутника, выбирается режим движения, вычисляется решение уравнений движения, моделирующее этот режим, и вдоль найденного решения микроускорение в заданной точке борта рассчитывается по формуле (1).
Уравнения движения спутника состоят из двух подсистем. Одна подсистема описывает движение центра масс спутника в гринвичской системе координат. В ней учитываются нецентральность гравитационного поля Земли и сопротивление атмосферы. Нецентральность поля учитывается с точностью до членов порядка (16,16) включительно в разложении гравитационного потенциала Земли в ряд по шаровым функциям. Атмосфера считается вращающейся вместе с Землей, ее плотность рассчитывается согласно модели ГОСТ Р 25645.166–2004. Параметры атмосферы и баллистический коэффициент спутника считаются неизменными на всем интервале интегрирования уравнений движения.
Другая подсистема описывает движение спутника относительно центра масс (вращательное движение). Она образована уравнениями, выражающими теорему об изменении кинетического момента спутника в его движении относительно центра масс, кинематическими уравнениями Пуассона для элементов первых двух строк матрицы перехода между гринвичской системой координат и связанной со спутником системы координат, образованной его главными центральными осями инерции. Систему дополняют уравнения, описывающие изменение кинетического момента гиросистемы. В уравнениях, выражающих теорему об изменении кинетического момента спутника, учитываются гравитационный и аэродинамический моменты.
Показано, что наибольший вклад в общий уровень микроускорений на борту спутника на низкой (высота примерно 600 км), почти круговой орбите вносит составляющая с доминирующей частотой , где – орбитальная частота ( среднее движение центра масс спутника).
