Анализ влияния внешних возмущающих факторов на траекторию движения космической солнечной электростанции

Язык труда и переводы:
УДК:
629.783
Дата публикации:
27 апреля 2023, 13:53
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Соболев Иван Анатольевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Самыловский Иван Александрович
МГУ имени М.В. Ломоносова
Аннотация:
Проанализировано влияние аэродинамических нагрузок и воздействия солнечного излечения на параметры орбиты крупногабаритной космической солнечной электростанции. Приведены результаты расчетов, осуществленных в программном комплексе MIDE (интегрированная среда разработки космических миссий), разработанном коллективом факультета космических исследований (ФКИ) МГУ имени М.В. Ломоносова. На основе полученных данных формируются рекомендации по учету воздействия внешних возмущающих факторов на конструкции такого класса в процессе решения проектных задач.
Ключевые слова:
космические электростанции, космические энергостанции, энергетика, солнечная электростанция, орбитальное движение, крупногабаритные космические конструкции
Основной текст труда

Проблема переноса производства энергии в околоземное космическое пространство является предметом инженерного и научного обсуждения на протяжении всей истории освоения космоса. Основным элементом космической энергосистемы должны стать крупногабаритные конструкции космических солнечных электростанций (КСЭС), разворачиваемые на орбите.

К настоящему моменту разработан ряд концепций КСЭС, размещаемых как в ближнем околоземном пространстве, так и на геостационарной орбите. Общим для всех концепций КСЭС является требование максимальной продолжительности освещенного участка орбиты. Такому требованию удовлетворяет геостационарная орбита либо солнечносинхронная орбита с максимальным углом освещения ее плоскости. Следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что для крупногабаритных конструкций ввиду больших значений массы и габаритов возможности коррекции орбиты будут ограничены. Таким образом, вопрос обеспечения стабильности орбитальных параметров в заданных пределах обретает для КСЭС особую актуальность.

В то же время конструкции такого типа, обладая значительными размерами, будут особенно подвержены воздействию внешних факторов, в первую очередь, давления солнечного излучения и сопротивления атмосферы. Их влияние, как правило, не носящее принципиального характера для обычных космических аппаратов, в рассматриваемом случае может стать определяющим не только при выборе параметров орбиты, но и при разработке конструктивной схемы.

В предлагаемом докладе проводится анализ движения модельной КСЭС по околоземной солнечносинхронной орбите, геостационарной орбите и высокоэллиптической суточной орбите. Симуляция орбитального полета осуществлялась с использованием программного комплекса MIDE,  разработанного в МГУ им. М. В Ломоносова. На завершающем этапе проведено сравнение результатов, полученных при моделировании полета под воздействием следующих факторов:

  • только гравитационного поля Земли;
  • гравитационного поля Земли и сопротивления атмосферы;
  • гравитационного поля Земли и давления солнечного излучения;
  • гравитационного поля Земли, сопротивления атмосферы и солнечного излучения;
  • гравитационного поля Земли, сопротивления атмосферы, солнечного излучения и гравитации Луны;

Объектами исследования являлись проект демонстрационной КСЭС с площадью панелей 340 и 500 м2, разработанный в НПО им. С. А. Лавочкина [1–3], и концептуальная КСЭС на основе раскрывающегося инерционными силами полотнища, предложенная в работах В.М. Мельникова и других авторов [4, 5]. В качестве исходных данных использовались значения массы и геометрических размеров обеих конструкций, опубликованные в литературных источниках.

В заключении проведен анализ полученных результатов, приведены рекомендации по выбору орбит для размещения космических солнечных электростанций, а также некоторые выводы по геометрической стабильности нежестких конструкций КСЭС.

Литература
  1. Сысоев В.К., Пичхадзе К.М., Фельдман Л.И., Аратов Е.А и др. Концепция разработки космической солнечной электростанции. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2011, № 2, с. 14–19.
  2. Сысоев В.К., Пичхадзе К.М., Верлан А.А., Насыров А.Ф. Анализ структуры демонстрационной космической электростанции. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2012, № 3, с. 28–34.
  3. Хартов В.В., Ефанов В.В., ред. Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований. В 3 т. Т. 2. Москва, МАИ-ПРИНТ, 2014, 544 с.
  4. Мельников В.М., Комков В.А., Райкунов Г.Г., Харлов Б.Н. Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции. Москва, Физматлит, 2009, 448 с.
  5. Райкунов Г.Г., Комков В.А., Сысоев В.К., Мельников В.М. Космические солнечные электростанции — проблемы и перспективы. Москва, РУДН, 2017, 282 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.