Отправить статью по E-mail 
Оптимизация управления солнечным парусом при движении аппарата по цикличным гелиоцентрическим траекториям
- Авторы: Рожков М.А.1, Старинова О.Л.1,2
-
Учреждения:
- Самарский университет
- Нанкинский университет науки и технологий
- Выпуск: Том 61, № 6 (2023)
- Страницы: 510-519
- Раздел: Статьи
- URL: https://journal-vniispk.ru/0023-4206/article/view/231827
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023420622600337
- EDN: https://elibrary.ru/BYNDDU
- ID: 231827
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
В работе рассматривается задача построения оптимальных по быстродействию траекторий для космического аппарата (КА) с солнечным парусом. Рассматриваемые траектории состоят из повторяющихся циклов перемещения КА до целевой гелиоцентрической орбиты и обратно к начальной. Применяется модель идеально отражающего паруса, что позволяет использовать программы оптимального управления углом установки паруса, полученные на основе принципа максимума Понтрягина. Гелиоцентрическое движение моделируется в плоской полярной системе координат, а сам КА совершает цикличные перелеты между двумя планетами земной группы по замкнутой траектории. Сформулирована краевая задача, при решении которой обеспечивается подлет КА к целевой планете с выравниванием скоростей (задача встречи). Проведено моделирование четырех циклов движения Земля–Меркурий–Земля и Земля–Марс–Земля с характеристическим ускорением солнечного паруса 0.25 мм/с2, для которых длительность одного цикла составляет в среднем 2000 и 2341 сут соответственно. Получены оптимальные программы управления ориентацией паруса для широкого диапазона дат старта, показаны способы поиска и выбора начальных значений сопряженных переменных. Полученные результаты демонстрируют возможность КА с солнечным парусом реализовывать управляемое движение по замкнутым траекториям с минимальной продолжительностью отдельных перелетов Земля–планета назначения–Земля.
Об авторах
М. А. Рожков
Самарский университет
Email: rozhkov.ma@ssau.ru
Россия, Самара
О. Л. Старинова
Самарский университет; Нанкинский университет науки и технологий
Автор, ответственный за переписку.
Email: rozhkov.ma@ssau.ru
Россия, Самара; Китай, Нанкин
Список литературы
- Синявский В.В. Научно-технический задел по ядерному электроракетному межорбитальному буксиру “Геркулес” // Космическая техника и технологии. 2013. № 3. С. 25–45.
- Crusan J.C., Smith R.M., Craig D.A. et al. Deep space gateway concept: Extending human presence into cislunar space // Proc. IEEE Aerospace Conference. 2018. V. 2018-March. https://doi.org/10.1109/AERO.2018.8396541
- Haws T.D., Zimmerman J.S., Fuller M.E. SLS, the Gateway, and a Lunar Outpost in the Early 2030s // Proc. IEEE Aerospace Conference. 2019. V. 2019-March. https://doi.org/10.1109/AERO.2019.8741598
- Поляхова Е.Н. Космический полет с солнечным парусом: проблемы и перспективы. М.: Наука, 1986. 304 с.
- Мельников В.М., Матюшенко И.Н., Чернова Н.А. и др. Проблемы создания в космосе крупногабаритных конструкций // Труды МАИ. 2014. № 78. С. 1–21.
- Mori O., Sawada H., Funase R. et al. First Solar Power Sail Demonstration by IKAROS // Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan. 2010. V. 8. Iss. 27. P. 25–31. https://doi.org/10.2322/tastj.8.To_4_25
- Spencer D.A., Betts B., Bellardo J.M. et al. The LightSail 2 solar sailing technology demonstration // Advances in Space Research. 2021. V. 67. Iss. 9. P. 2878–2889. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.06.029
- Frisbee R.H. Solar Sails for Mars Cargo Missions // AIP Conference Proc. 2007. V. 374. P. 374–380.
- Hughes G.W., Macdonald M., McInnes C.R. et al. Sample return from mercury and other terrestrial planets using solar sail propulsion // J. Spacecraft and Rockets. 2006. V. 43. Iss. 4. P. 828–835.
- Vergaaij M., Heiligers J. Time-optimal solar sail heteroclinic-like connections for an Earth-Mars cycler // Acta Astronautica. 2018. V. 152. P. 474–485.
- Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В. и др. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969. 393 с.
- Ду Ч., Старинова О.Л. Генерация искусственных гало-орбит в окололунном пространстве с использованием двигателей малой тягой // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 2. С. 151–166. https://doi.org/10.31857/S0023420622020029
- Wright J.L. Space sailing. Gordon and Breach Science Publishers, 1992. 258 p.
- McInnes C.R. Solar sailing: technology, dynamics and mission applications. Springer Berlin, Heidelberg, 2004. 296 p.
- Vulpetti G., Johnson L., Matloff G.L. Solar sails: A novel approach to interplanetary travel // Solar Sails: A Novel Approach to Interplanetary Travel. Springer New York, 2015. 277 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0941-4
- Белецкий В.В., Егоров В.А., Ершов В.Г. Анализ траекторий межпланетных полетов с двигателями постоянной мощности // Косм. исслед. 1965. Т. 3. № 4. С. 507–522.
- Ишков С.А., Милокумова О.Л., Салмин В.В. Оптимизация замкнутых межпланетных перелетов Земля – Марс – Земля с малой тягой // Косм. исслед. 1995. Т. 33. № 2. С. 210–219.
- Forward R.L. Grey solar sails // J. the Astronautical Sciences. 1989. V. 38. Iss. 2. P. 161–185.
- Рожков М.А. Влияние оптических характеристик многослойного солнечного паруса на его гелиоцентрическое движение // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022. Т. 21. № 4. С. 52–65. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2022-21-4-52-65
- Жуков А.Н., Лебедев В.Н. Вариационная задача о перелете между гелиоцентрическими круговыми орбитами с помощью солнечного паруса // Косм. исслед. 1964. Т. 2. № 1. С. 46–50.
- Старинова О.Л. Расчет межпланетных перелетов космических аппаратов с малой тягой. Самара: Издательство Самарского научного центра РАН, 2007. 196 с.
- Патент 2022617890. Российская Федерация. Определение оптимального управления движением космического аппарата с электроракетной двигательной установкой, применяя принцип максимума Понтрягина: № 2022613916: заявл. 09.03.2022: опубл. 26.04.2022 / Старинова О.Л., Сергаева Е.А., Рожков М.А.
Дополнительные файлы
