Главная страница

Материалы докладов

Обсуждение докладов

Виртуальные доклады
 

Исследование схем облёта объектов крупногабаритного космического мусора на низких орбитах

Гришко Д.А. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)



Абстракт:



Многие современные проекты по очистке околоземных орбит от космического мусора в первую очередь ориентированы на удаление крупногабаритных объектов, большинство из которых на низких орбитах представлено ступенями ракет-носителей и разгонными блоками. Приоритет увода крупных объектов обусловлен тем, что столкновения нескольких таких объектов друг с другом могут привести к каскадному увеличению популяции космического мусора.
Сравнительный анализ геометрических размеров и масс известных к настоящему времени верхних ступеней и разгонных блоков позволяет выделить на низких орбитах 5 компактных групп крупногабаритного космического мусора (ККМ), каждая из которых характеризуется близкими значениями наклонения орбит объектов, образующих группу (71°, 74°, 81°, 83°, 97°-100°). В рамках одной группы ширина диапазона изменения большой полуоси составляет 30-90км (за исключением пятой группы, представленной солнечно-синхронными орбитами). Таким образом, наиболее затратным по суммарной характеристической скорости (СХС) является изменение значения долготы восходящего узла (ДВУ): отклонения по этому параметру могут достигать нескольких десятков градусов (в среднем 10-15°). Прямая коррекция угла между плоскостями при облёте всех объектов группы потребует затрат СХС, многократно превышающих возможности современной космической техники. Поэтому для осуществления перелёта между двумя объектами используется более низкая орбита ожидания. Эта орбита специально формируется таким образом, чтобы при движении по ней космический аппарат (КА) за фиксированное время компенсировал отклонения по ДВУ и по аргументу широты вследствие разной скорости прецессии ДВУ и разного периода обращения.
Наиболее интересными являются два известных варианта увода ККМ. Оба они предусматривают наличие активного КА-сборщика, который осуществляет перелёты между объектами ККМ. В рамках первого варианта предполагается, что на борту активного КА имеются отделяемые модули с собственной двигательной установкой и с запасом топлива для выдачи тормозного импульса. После установления физической связи с объектом эти модули фиксируются на нём и обеспечивают перевод этого объекта на специально рассчитываемую орбиту захоронения (ОЗ). Сам активный КА остаётся на орбите этого объекта и далее осуществляет перелёт к следующему объекту. При реализации второго варианта активный КА стыкуется с объектом и за счёт своей собственной двигательной установки уводит образованную сцепку на ОЗ. КА-сборщик остаётся на этой ОЗ до тех пор, пока её плоскость и плоскость орбиты следующего объекта не совпадут по ДВУ, а затем перелетает к этому объекту.
Предлагаемые в работе схемы облёта ККМ основаны на анализе портрета эволюции отклонений ДВУ, вычисленных относительно орбиты одного из объектов группы. Для первых трех групп ККМ линии изменения относительных отклонений ДВУ во времени практически не пересекаются. В этом случае при первом варианте увода эффективен простой последовательный облет объектов группы в направлении естественной прецессии ДВУ, но требуются значительные затраты СХС на формирование переходных орбит. При втором варианте увода такая конфигурация плоскостей орбит также позволяет использовать последовательный облёт объектов группы.
Портрет эволюции отклонений ДВУ групп №4 (i=83°) и №5 (солнечно-синхронные орбиты) представляет собой совокупность линий, которые многократно пересекаются друг с другом. В рамках первого варианта увода наличие пересечений позволяет построить такую последовательность облёта объектов ККМ, при которой орбита очередного объекта ККМ одновременно является переходной для достижения следующего объекта, такое требующее существенно меньших затрат СХС решение названо "диагональным". Портрет эволюции отклонений ДВУ группы №4 содержит оба типа линий, что делает возможным одновременное использование "диагонального" решения и последовательного облета. В случае 4-ой и 5-ой групп ККМ при облёте по второму варианту большое значение приобретает выбор объекта, с которого начинается облет группы. Рассмотрены изменения энергетических и временных затрат, которые требуются для облёта всех объектов группы в зависимости от номера объекта, с которого начинается облёт.
В докладе приводится сравнение двух вариантов увода ККМ по СХС, продолжительности облёта, количеству дозаправок топливом и отделяемыми модулями. Анализ результатов позволил выявить требуемую длительность функционирования активного КА и его необходимый резерв СХС на одной заправке топливом. Было определено оптимальное значение максимального количества отделяемых модулей на борту, выбор типа и параметров ОЗ позволил рассчитать запасы топлива для этих отделяемых модулей.




Фотографии: