Моделирование поддержания орбиты 3U-кубсата с помощью электронагревного двигателя и магнитной системы ориентации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается задача поддержания орбиты 3U-кубсата с помощью электронагревного импульсного двигателя и простейшей активной магнитной системы управления ориентацией. Аппарат оснащен только магнитными катушками и магнитометром и не имеет возможности поддержания ориентации оси установки двигателя по касательной к орбите. За счет реализации постоянного дипольного момента и гашения угловой скорости достигается ориентация по вектору геомагнитной индукции. На солнечно-синхронной орбите вблизи узлов такая ориентация близка к ориентации по касательной к орбите. Проводится моделирование движения аппарата с выдачей импульсов коррекции при проходе восходящего узла орбиты. Приведены результаты тестирования двигателя в неуправляемом режиме.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. С. Ролдугин

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Москва

Д. С. Иванов

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Москва

С. С. Ткачев

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Москва

Я. В. Маштаков

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Москва

А. В. Хохлов

ООО “Геоскан”

Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

К. И. Стариков

ООО “Геоскан”; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S. A survey on active magnetic attitude control algorithms for small satellites // Progress in Aerospace Sciences. 2019. V. 109. Art. ID. 100546. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2019.05.006
  2. Searcy J.D., Pernicka H.J. Magnetometer-Only Attitude Determination Using Novel Two-Step Kalman Filter Approach // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2012. V. 35. Iss. 6. P. 1693–1701.https://doi.org/10.2514/1.57344
  3. Psiaki M.L. Global Magnetometer-Based Spacecraft Attitude and Rate Estimation // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2004. V. 27. Iss. 2. P. 240–250.
  4. Abdelrahman M., Park S.-Y. Integrated attitude determination and control system via magnetic measurements and actuation // Acta Astronautica. 2011. V. 69. Iss. 3–4. P. 168–185. https://doi.org/10.1016/J.actaastro.2011.03.010
  5. Буланов Д.М., Сазонов В.В. Исследование эволюции вращательного движения спутника Фотон М-2 // Косм. исслед. 2020. Т. 58. № 4. С. 291–304. https://doi.org/10.31857/S0023420620040032
  6. Абрашкин В.И., Воронов К.Е., Дорофеев А.С. и др. Определение вращательного движения малого космического аппарата Аист-2Д по данным магнитных измерений // Косм. исслед. 2019. Т. 57. № 1. С. 61–73. https://doi.org/10.1134/S0023420619010011
  7. Крамлих А.В., Николаев П.Н., Рылько Д.В. Бортовой двухэтапный алгоритм определения ориентации наноспутника SAMSAT-ION // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. № 2. С. 65–85.
  8. 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
  9. Lovera M., Astolfi A. Spacecraft attitude control using magnetic actuators // Automatica. 2004. V. 40. Iss. 8. P. 1405–1414. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2004.02.022
  10. Celani F. Robust three-axis attitude stabilization for inertial pointing spacecraft using magnetorquers // Acta Astronautica. 2015. V. 107. P. 87–96. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.11.027
  11. Wisniewski R. Linear Time-Varying Approach to Satellite Attitude Control Using Only Electromagnetic Actuation // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2000. V. 23. Iss. 4. P. 640–647. https://doi.org/10.2514/2.4609
  12. Okhitina A., Roldugin D., Tkachev S. Application of the PSO for the construction of a 3-axis stable magnetically actuated satellite angular motion // Acta Astronautica. 2022. V. 195. P. 86–97. https://doi.org/10.1016/J.ACTAASTRO.2022.03.001
  13. Сарычев В.А., Сазонов В.В. Оптимальные параметры пассивных систем ориентации спутников // Косм. исслед. 1976. Т. 14. № 2. С. 198–208.
  14. Сарычев В.А., Овчинников М.Ю. Движение спутника с постоянным магнитом относительно центра масс // Косм. исслед. 1986. Т. 24. № 4. С. 527–543.
  15. Белецкий В.В., Яншин А.М. Влияние аэродинамических сил на вращательное движение искусственных спутников. Киев: Наукова Думка, 1984. 187 с.
  16. Guerman A.D., Ivanov D.S., Roldugin D.S. et al. Orbital and Angular Dynamics Analysis of the Small Satellite SAR Mission INFANTE // Cosmic Research. 2020. V. 58. Iss. 3. P. 206–217. https://doi.org/10.1134/S0010952520030016
  17. ГОСТ Р 25645.166–2004. Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 24 с.
  18. 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
  19. Иванов Д.С., Овчинников М.Ю., Ролдугин Д.С. и др. Программный комплекс для моделирования орбитального и углового движения спутников // Математическое моделирование. 2019. Т. 31. № 12. С. 44–56. https://doi.org/10.1134/S0234087919120049

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Аппарат Геоскан-Эдельвейс

Скачать (187KB)
3. Рис. 2. Показания акселерометра во время выдачи импульса

Скачать (278KB)
4. Рис. 3. Угловая скорость во время включения двигателя

Скачать (198KB)
5. Рис. 4. Ориентация тяги в теле КА

Скачать (70KB)
6. Рис. 5. Стабилизация по вектору геомагнитной индукции

Скачать (148KB)
7. Рис. 6. Сравнение тангенциального направления и вектора геомагнитной индукции

Скачать (282KB)
8. Рис. 7. Стабилизация аппарата по вектору индукции

Скачать (219KB)
9. Рис. 8. Параметр орбиты

Скачать (200KB)
10. Рис. 9. Средняя большая полуось

Скачать (198KB)

© Российская академия наук, 2025