Управление процессом сближения тросовой системы с пассивным космическим объектом на околокруговой орбите

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

В работе рассмотрено управление процессом сближения тросовой системы с пассивным космическим объектом (грузом, космическим мусором и т. д.) на почти круговой околоземной орбите. Предполагается, что активный космический аппарат, имеющий в составе тросовую систему с устройством захвата (не развернутую), находится на близкой (по отношению к орбите груза) орбите, которая была сформирована с помощью некоторого известного алгоритма дальнего наведения. Управление процессом сближения начинается в переводе космического аппарата на промежуточную орбиту, точнее в сближении с некоторой фиктивной точкой, перемещающейся по этой орбите. Положение фиктивной точки выбирается так, чтобы после развертывания тросовой системы устройство захвата оказалось в окрестности груза сразу или после некоторого небольшого участка пассивного движения по орбите. Управление процессом сближения космического аппарата с фиктивной точкой в пространственном случае строится с использованием принципа динамического программирования Беллмана с применением линеаризованной системы. Используется непрерывное управление с помощью реактивных двигателей с конечной тягой. Компоненты реактивных сил, для которых строится управление, направлены по трансверсали и бинормали в орбитальной системе координат. Предполагается, что неизбежно возникающие ошибки наведения могут быть скорректированы с помощью изменения длины троса или каким-либо другим способом. Приводится численный пример моделирования рассматриваемых процессов по нелинейным уравнениям движения, иллюстрирующий предлагаемую схему управления.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. М. Заболотнов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева

Author for correspondence.
Email: yumz@yandex.ru
Russian Federation, Самара

Чанцин Ван

Северо-Западный политехнический университет

Email: yumz@yandex.ru
China, Сиань

Чжэн Минь

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева

Email: yumz@yandex.ru
Russian Federation, Самара

References

  1. Williams P., Blanksby C., Trivailo P., Fujii H. A. In-plane payload capture using tethers // Acta Astronautica. 2005. V. 57(10). P. 772–787.
  2. Trushlyakov V., Yudintsev V. Dynamics of rotating tethered system for active debris removal // Acta Astronautica. 2022. V. 195. P. 405–415. doi: 10.1016/j.actaastro.2022.03.023.
  3. Zhu W., Pang Z., Si J., Gao G. Dynamics and configuration control of the Tethered Space Net Robot under a collision with high-speed debris // Advances in Space Research. 2022. V. 70. Iss. 5. P. 1351–1361. doi: 10.1016/j.asr.2022.06.019.
  4. Wang B., Meng Z., Huang P. Attitude control of towed space debris using only tether // Acta Astronautica. 2017. V. 138. P. 152–167. doi: 10.1016/j.actaastro.2017.05.012.
  5. Aslanov V.S., Ledkov A. S. Survey of Tether System Technology for Space Debris Removal Missions // J. Spacecraft and Rockets. 2023. V. 60. Iss. 5. P. 1355–1371. https://doi.org/10.2514/1.A35646.
  6. Lu H., Li Ai., Wang Ch., Zabolotnov Yu. Impact Stabilization of Spinning Tether Systems after Nonideal Rendezvous // J. Spacecraft and Rockets. 2022. V. 60. Iss. 1. P. 59–67. https://doi.org/10.2514/1.A35293.
  7. Aslanov V. S., Pikalov R. S., Gunchin E. R. Control of the Rendezvous of Two Spacecraft Using a Tether System // Russian Aeronautics. 2020. V. 63. Iss. 1. P. 171–175. doi: 10.3103/S1068799820010249.
  8. Sean Cl., William J. Control of Space Debris Using an Elastic Tether and Wave-Based Control // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2016. V. 39. Iss. 6. P. 1–15. doi: 10.2514/1.G001624.
  9. Zhang Y., Huang P., Meng Zh., Liu Zh. Precise Angles-Only Navigation for Noncooperative Proximity Operation with Application to Tethered Space Robot // IEEE Trans. Control Systems Technology. 2018. V. 27. Iss. 3. P. 1139–1150. doi: 10.1109/TCST.2018.2790400.
  10. Основы теории полета космических аппаратов / под ред. Нариманова Г. С. и Тихонравова М. К. М.: Машиностроение, 1972. 608 с.
  11. Балахонцев В.Г., Иванов В. А., Шабанов В. И. Сближение в космосе. М.: Воениздат, 1973. 240 с.
  12. Ермилов Ю.А., Иванова Е. Е., Пантюшин С. В. Управление сближением космических аппаратов. М.: Наука. 1977. 448 с.
  13. Миронов В.И., Миронов Ю. В., Фоминов И. В. Энергетически оптимальное управление сближением космических аппаратов в нецентральном гравитационном поле Земли на этапе дальнего наведения // Тр. СПИИРАН. 2019. Т. 18. № 1. С. 202–229. https://doi.org/10.15622/sp.18.1.202-229.
  14. Авксентьев А. А. Оптимальное управление угловым движением космического аппарата при оперативном сближении с орбитальным объектом // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59. № 2. С. 128–133.
  15. Заболотнов Ю. М. Управление развертыванием орбитальной тросовой системы, состоящей из двух малых космических аппаратов // Косм. исслед. 2017. Т. 55. Вып. 3. С. 236–246. https://doi.org/10.7868/S002342061702008X.
  16. Trushlyakov V., Yudintsev V. Systems engineering design and optimization of an active debris removal mission of a spent rocket body using piggyback autonomous module // Advances in the Astronautical Sciences. 2017. V. 161. P. 667–681.
  17. Williams P., Blanksby C., Trivailo P., Fujii H. A. In-Plane Payload Capture Using Tethers // Acta Astronautica. 2005. V. 57. Iss. 10. P. 772–787.
  18. Kruijff M. Tethers in Space: A propellantless propulsion in-orbit demonstration. Netherlands: Delta-Utec Space Research, 2011. 423 с.
  19. Сихарулидзе Ю. Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 407 с.
  20. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 400 с.
  21. Летов А. М. Динамика полета и управление. М.: Наука, 1969. 360 с.
  22. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Едиториал УРСС, 2004. 400 с.
  23. Дмитриевский А.А., Иванов Н. М., Лысенко Л. Н., Богодистов С. С. Баллистика и навигация ракет. М.: Машиностроение, 1985. 310 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of approach of an active spacecraft with an unguided space object

Download (57KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Control transients in the geocentric coordinate system

Download (177KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependencies characterising the process of approaching an active spacecraft with an unguided space object before deployment of the tether system

Download (172KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences characterising the approach of a tether system to an unguided space object

Download (118KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences