Сравнение возможностей электромагнитной и маховичной систем ориентации сверхмалой космической солнечной обсерватории

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Рассматривается движение наноспутника формата 3U-кубсат, оснащенного телескопом для наблюдения короны Солнца и регистрации солнечных вспышек в вакуумной ультрафиолетовой области спектра. Для поддержания заданной ориентации оптической оси телескопа используются электромагнитная и маховичная системы ориентации. Требование по точности стабилизации оптической оси составляет две угловые минуты в секунду. Проводится сравнение результатов работы обеих систем для солнечно-синхронной орбиты. Сформулированы условия успешного применения систем.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. С. Ролдугин

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН; Институт космических исследований РАН

Author for correspondence.
Email: rolduginds@gmail.com
Russian Federation, Москва; Москва

С. С. Ткачев

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Email: rolduginds@gmail.com
Russian Federation, Москва

С. А. Богачев

Институт космических исследований РАН

Email: rolduginds@gmail.com
Russian Federation, Москва

С. В. Кузин

Институт космических исследований РАН

Email: rolduginds@gmail.com
Russian Federation, Москва

References

  1. Domingo V., Fleck B., Poland A.I. The SOHO mission: An overview // Solar Physics. 1995. V. 162. Iss. 1–2. P. 1–37. https://doi.org/10.1007/BF00733425.
  2. Strong K., Bruner M., Tarbell T. et al. Trace - The transition region and coronal explorer // Space Science Reviews. 1994. V. 70. Iss. 1–2. P. 119–122. https://doi.org/10.1007/BF00777855.
  3. The Reuven Ramaty High-Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) - Mission Description and Early Results / ed. Lin R.P., Dennis B.R., Benz A.O. Dordrecht: Springer Netherlands, 2003. https://doi.org/10.1007/978-94-017-3452-3.
  4. Житник И.А., Кузин С.В., Собельман И.И. и др. Основные результаты эксперимента СПИРИТ на ИСЗ КОРОНАС-Ф // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2005. Т. 39. № 6. С. 495–506.
  5. Wuelser J.-P., Lemen J.R., Tarbell T.D. et al. EUVI: the STEREO-SECCHI extreme ultraviolet imager // Proc. Optical Science and Technology, SPIE’s 48th Annual Meeting. San Diego, California, United States. 2004. V. 5171. https://doi.org/10.1117/12.506877.
  6. Golub L., DeLuca E., Austin G. et al. The X-Ray Telescope (XRT) for the Hinode Mission // The Hinode Mission. 2008. P. 27–50. https://doi.org/10.1007/978-0-387-88739-5_5.
  7. Кузин С.В., Житник И.А., Шестов С.В. и др. Эксперимент ТЕСИС космического аппарата КОРОНАС-ФОТОН // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2011. Т. 45. № 2. С. 166–177.
  8. Berghmans D., Hochedez J., Defise J. et al. SWAP onboard PROBA 2, a new EUV imager for solar monitoring // Advances in Space Research. 2006. V. 38. 8. P. 1807–1811. https://doi.org/10.1016/J.ASR.2005.03.070.
  9. Lemen J.R. Title A.M., Akin D.J. et al. The Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on the Solar Dynamics Observatory (SDO) // Solar Physics. 2012. V. 275. Iss. 1–2. P. 17–40. https://doi.org/10.1007/s11207-011-9776-8.
  10. Darnel J.M., Seaton D.B., Bethge C. et al. The GOES‐R Solar UltraViolet Imager // Space Weather. 2022. V. 20. Iss. 4. Art.ID. e2022SW003044. https://doi.org/10.1029/2022SW003044.
  11. Rochus P., Auchère F., Berghmans D. et al. The Solar Orbiter EUI instrument: The Extreme Ultraviolet Imager // Astronomy & Astrophysics. 2020. V. 642. Art.ID. A8. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201936663.
  12. Gan W.-Q., Zhu Cheng, Deng Yuan-Yong et al. Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S): an overview // Research in Astronomy and Astrophysics. 2019. V. 19. Iss. 11. Art.ID. 156. https://doi.org/10.1088/1674-4527/19/11/156.
  13. Villela T., Costa C.A., Brandão A.M. et al. Towards the Thousandth CubeSat: A Statistical Overview // Int. J. Aerospace Engineering. 2019. Art. ID. 5063145. DOI: https://doi.org/10.1155/2019/5063145.
  14. Mason J.P., Chamberlin Ph.C., Seaton D. et al. SunCET: The Sun Coronal Ejection Tracker Concept // J. Space Weather and Space Climate. 2021. V. 11. Art. ID. 20. https://doi.org/10.1051/swsc/2021004.
  15. Mason J.P., Woods Th.N., Caspi A. et al. Miniature X-Ray Solar Spectrometer: A Science-Oriented, University 3U CubeSat // J. Spacecraft and Rockets. 2016. V. 53. Iss. 2. P. 328–339. https://doi.org/10.2514/1.A33351.
  16. Desai M.I., Allegrini F., Ebert R.W. et al. The CubeSat Mission to Study Solar Particles // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2019. V. 34. Iss. 4. P. 16–28. https://doi.org/10.1109/MAES.2019.2917802.
  17. Перцов А.А., Дятков С.Ю., Ерхова Н.Ф. и др. Телескоп для получения изображений Солнца на малоразмерных аппаратах типа кубсат // Приборы и техника эксперимента. 2022. Т. 65. № 2. С. 131–137. https://doi.org/10.31857/S0032816222020057.
  18. Prokopyev V.Y., Bakanov S.S., Bodrov V.K. et al. NORBY CubeSat nanosatellite: design challenges and the first flight data // J. Physics: Conference Series. 2021. V. 1867. Iss. 1. Art.ID. 012038. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1867/1/012038.
  19. Игнатов А.И., Иванов Г.А., Коломиец Е.С. и др. Реализация режима солнечной ориентации космического аппарата с помощью системы двигателей-маховиков // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 2. С. 143–156. https://doi.org/10.31857/S0023420622700017.
  20. Alcorn J., Allard C., Schaub H. Fully Coupled Reaction Wheel Static and Dynamic Imbalance for Spacecraft Jitter Modeling // J. Guidance, Control and Dynamics. 2018. V. 41. Iss. 6. P. 1380–1388. https://doi.org/10.2514/1.G003277.
  21. Tkachev S., Mashtakov Y., Ivanov D. et al. Effect of Reaction Wheel Imbalances on Attitude and Stabilization Accuracy // Aerospace. 2021. V. 8. Iss. 9. https://doi.org/10.3390/aerospace8090252.
  22. Mashtakov Y., Tkachev S., Ovchinnikov M. Use of External Torques for Desaturation of Reaction Wheels // J. Guidance, Control and Dynamics. 2018. V. 41. Iss. 8. P. 1663–1674. https://doi.org/10.2514/1.G003328.
  23. Игнатов А.И. Оценка низкочастотных микроускорений на борту искусственного спутника Земли в режиме солнечной ориентации // Космические исследования. 2022. Т. 60. № 1. С. 43–56. https://doi.org/10.31857/S0023420622010046.
  24. Артюхин Ю.П., Каргу Л.И., Симаев В.Л. Системы управления космических аппаратов, стабилизированных вращением. М.: Наука, 1979. 295 с.
  25. Shigehara M. Geomagnetic attitude control of an axisymmetric spinning satellite // J. Spacecraft and Rockets. 1972. V. 9. Iss. 6. P. 391–398. https://doi.org/10.2514/3.61700.
  26. de Ruiter A. A fault-tolerant magnetic spin stabilizing controller for the JC2Sat-FF mission // Acta Astronautica. 2011. V. 68. Iss. 1–2. P. 160–171. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2010.07.012.
  27. Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Penkov V.I. Asymptotic study of a complete magnetic attitude control cycle providing a single-axis orientation // Acta Astronautica. 2012. V. 77. P. 48–60. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.03.001.
  28. Avanzini G., de Angelis E.L., Giulietti F. Spin-axis pointing of a magnetically actuated spacecraft // Acta Astronautica. 2014. V. 94. Iss. 1. P. 493–501. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.10.035.
  29. Ролдугин Д.С. Устойчивость стабилизации космического аппарата в направлении Солнца магнитными исполнительными органами на солнечно-синхронной орбите // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 2. https://doi.org/10.31857/S002342062260026X.
  30. Морозов В.М., Каленова В.И. Стабилизация относительного равновесия спутника при помощи магнитных моментов с учетом аэродинамических сил // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 3. С. 246–253. https://doi.org/10.31857/S0023420622030074.
  31. Roldugin D.S., Ovchinnikov M.Y. Wobble of a spin stabilized satellite with cross products of inertia and magnetic attitude control // Advances in Space Research. 2023. V. 71. Iss.1. P. 408–419. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.08.073.
  32. Inamori T., Sako N., Nakasuka S. Magnetic dipole moment estimation and compensation for an accurate attitude control in nano-satellite missions // Acta Astronautica. 2011. V. 68. Iss. 11–12. P. 2038–2046. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2010.10.022.
  33. Busch S., Bangert P., Dombrovski S. et al. UWE-3, in-orbit performance and lessons learned of a modular and flexible satellite bus for future pico-satellite formations // Acta Astronautica. 2015. V. 117. P. 73–89. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.08.002.
  34. Alken P., Thébault E., Beggan C.D. et al. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. Iss. 1. Art.ID. 49. https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-x.
  35. Зубов В.И. Лекции по теории управления. М.: Наука, 1975. 495 с.
  36. Ovchinnikov M.Y., Tkachev S.S., Karpenko S.O. A Study of Angular Motion of the Chibis-M Microsatellite with Three-Axis Flywheel Control // Cosmic Research. 2012. V. 50. Iss. 6. P. 431–440. https://doi.org/10.1134/S0010952512060044.
  37. Mashtakov Y.V., Ovchinnikov M.Y., Tkachev S.S. Study of the disturbances effect on small satellite route tracking accuracy // Acta Astronautica. 2016. V. 129. P. 22–31. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.028.
  38. Shields J., Pong C., Lo K. et al. Characterization of CubeSat Reaction Wheel Assemblies // J. Small Satellites. 2017. V. 6. Iss. 1. P. 565–580. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:195323699

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The SOL telescope.

Download (10KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Maintaining orientation in a sun-synchronous orbit.

Download (59KB)
Indexing metadata
4. 3. Dependence of the orientation accuracy on the magnitude of the off-diagonal elements of the inertia tensor.

Download (28KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of orientation accuracy on the displacement of the center of mass relative to the center of pressure.

Download (31KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The accuracy of handwheel control stabilization.

Download (26KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Stabilization accuracy at accumulated kinetic moment 0.1 of the maximum for the RWP015 flywheel model.

Download (43KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The stabilization accuracy at the accumulated kinetic moment is 0.5 of the maximum for the RWP015 flywheel model.

Download (48KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».