Модель движения малой радиальной космической тросовой системы под действием аэродинамического момента

Abstract

В настоящее время широко исследуется возможность использования электродинамических космических тросовых систем (ЭДКТС) для увода космического мусора. Однако, предварительный анализ показал неустойчивость радиального положения ЭДКТС, обусловленную, в том числе, аэродинамическим воздействием. Целью работы является построение модели движения малой радиальной космической тросовой системы (КТС) относительно центра масс, пригодной для аналитических исследований резонансных движений КТС под действием переменного аэродинамического момента и оценки влияния параметров системы на эти колебания. Рассматривается движение системы вблизи положения равновесия: продольная ось КТС движется в окрестности местной вертикали, амплитуды колебаний продольной оси невелики, трос натянут гравитационными силами. Для оценки влияния аэродинамического момента на движение КТС выбрана модель гантели. Модель аэродинамического момента учитывает переменность плотности атмосферы вдоль орбиты и зависимость от ориентации КТС к набегающему потоку. Выделен рассматриваемый класс малых КТС и определены для него диапазоны изменения параметров модели. Полученные результаты будут использованы при исследовании резонансной аэродинамической неустойчивости радиальных КТС, в том числе ЭДКТС.

В даний час широко досліджується можливість використання електродинамічних космічних тросових систем (ЕДКТС) для відведення космічного сміття. Однак, попередній аналіз показав нестійкість радіального положення ЕДКТС, що обумовлена, в тому числі, аеродинамічним впливом. Метою роботи є побудова моделі руху малої радіальної космічної тросової системи (КТС) відносно центру мас, яка буде придатна для аналітичних досліджень резонансних рухів КТС під дією змінного аеродинамічного моменту і оцінок впливу параметрів системи на такі коливання. Розглядається рух системи поблизу положення рівноваги: поздовжня вісь КТС рухається біля місцевої вертикалі, амплітуди коливань поздовжньої осі невеликі, трос натягнутий гравітаційними силами. Для оцінки впливу аеродинамічного моменту на рух КТС обрана модель гантелі. Модель аеродинамічного моменту враховує змінність густоти атмосфери вздовж орбіти і залежність від орієнтації КТС відносно набігаючого потоку. Виділено для розгляду клас малих КТС та визначено для нього діапазони зміни параметрів моделі. Отримані результати буде використано при дослідженні резонансної аеродинамічної нестійкості радіальних КТС, в тому числі ЕДКТС.

At present the possibility of using the electrodynamic space tethered systems (EDSTS) for deorbiting space debris is being widely studied. However, a preliminary analysis demonstrated the instability of a radial position of EDSTS due to aerodynamic effects. The work subject is to construct the motion model of a small radial space tethered system (STS) relative to the center of mass, which is suitable for analytical studies of resonant motions of the STS by the action of a variable aerodynamic moment and for the estimation of the effect of system parameters on these oscillations. The system motion near the equilibrium position is examined: a longitudinal axis of the STS moves near a local vertical, amplitudes of the longitudinal axis oscillations are small, the tether is stretched by gravitational forces. The model of a dumbbell is chosen for the estimation of the effect of aerodynamic moment on the STS motion. The model of the aerodynamic moment takes into account the variability of the atmospheric density along orbit and its dependency on the STS orientation to the mainstream. The class under consideration of small STS is distinguished and ranges of variations in model parameters are established for it. The results will be used to study the resonant aerodynamic instability of the radial STS, including EDSTS.