НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o479.pdf (1126.17Кб)

УДК 629.78

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана ОАО «ВПК «НПО машиностроения»

В системах ориентации и стабилизации космических аппаратов (КА) на орбите вокруг Земли для разгрузки инерционных исполнительных органов (ИИО), например маховиков, часто используют метод магнитной разгрузки. Система магнитной разгрузки представляет собой второй контур управления ориентацией с магнитными приводами – трёх ортогонально расположенных катушек с током. Парируя внешние возмущающие моменты, маховики накапливают кинетические моменты. Управляя по определенному алгоритму токами в катушках, создают крутящие моменты, действие которых приводит к сбросу накопленного кинетического момента.
Показано, что систему магнитной разгрузки можно существенно упростить, используя для этого постоянный магнит (ПМ). В процессе номинальной ориентации и стабилизации относительно орбитальной системы координат ПМ не связан с корпусом КА и автономно ориентируется по силовым линиям магнитного поля.
В режиме разгрузки ПМ жестко связывают с корпусом, осуществляя пассивную магнитную стабилизацию КА. Разгружают маховики, расположенные нормально к магнитным силовым линиям. Крутящие моменты торможения выбирают из условий ограничения угла между векторами магнитного момента ПМ и вектора магнитной индукции Земли.
В сравнении с методом сброса кинетических моментов с помощью управляемых электромагнитов, рассматриваемая система с постоянным магнитом практически не требует затрат энергии для разгрузки, но при этом необходима дополнительная работа для переориентации КА.
Численным моделированием подтверждена принципиальная работоспособность системы. Вопросы качества процессов управления и энергетической эффективности метода требует дополнительных исследований.

1. Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М.: Наука, 1974. 600 с.
2. Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическими летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1974. 340 с.
3. Кострукчио Б.А., Ирби Дж.Е. Цифровая система управления пространственной ориентацией космической станции «Скайлэб» // Управление в пространстве: сб. Т. 1. М.: Наука, 1975. С. 306-324.
4. Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Негодяев С.С., Рябченко В.Н., Богачев А.В., Воробьева Е.А. Синтез трехканальной системы разгрузки кинетического момента инерционных исполнительных органов космического аппарата для круговых орбит // Труды МФТИ. 2013. Т. 5, № 4. С. 18-25.
5. Богачев А.В., Воробьева Е.А., Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Мисриханов М.Ш., Рябченко В.Н., Тимаков С.Н. Разгрузка кинетического момента инерционных исполнительных органов космического аппарата в канале тангажа // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. № 3. С. 132-139.
6. Воробьева Е.А., Зубов Н.Е., Микрин Е.А. Безрасходная разгрузка накопленного кинетического момента инерционных исполнительных органов автономного космического аппарата на высокоэллиптической орбите // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 10. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/it/nav/1072.html (дата обращения 01.11.2014).
7. Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Мисриханов М.Ш., Рябченко В.Н. Модификация метода точного размещения полюсов и его применение в задачах управления движением КА // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. № 2. С . 118-132.
8. Коваленко А.П. Магнитные системы управления космическими летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1975. 248 с.
9. Алпатов А.П., Драновский В.И., Салтыков Ю.Д., Хорошилов B.C. Динамика космических аппаратов с магнитными системами управления. М.: Машиностроение, 1978. 200 с.
10. Боевкин В.И., Гуревич Ю.Г., Павлов Ю.Н., Толстоусов Г.Н. Ориентация искусственных спутников в гравитационных и магнитных полях. М.: Наука, 1976. 304 с .
11. Микрин Е.А., Зубов Н.Е., Негодяев С.С., Богачев А.В. Оптимальное управление ориентацией космического аппарата на основе алгоритма с прогнозирующей моделью // Труды МФТИ. 2010. Том 2, № 3. С . 189-195.
12. Бихман Р.И., Шереметьевский Н.Н. Электромагнитная система сброса кинетического момента для искусственных спутников Земли, ориентированных в орбитальной системе координат // Избранные проблемы прикладной механики: сб. трудов, посвященный 60-летию академика В.Н. Челомея / АН СССР. М.: Наука, 1974. С . 133-142.
13. Челноков Ю.Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твёрдого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения. М.: Физматлит , 2006. 512 с.
14. Сомов С.Е. Экономная разгрузка силового гироскопического комплекса системы ориентации спутника при широтно-импульсном управлении с запаздыванием // Труды XII Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2014) (Москва, 16-19 июня 2014 г.). М.: ИПУ РАН, 2014. С. 3475-3488.
15. Somov Ye., Buryrin S., Somov S. Economical attitude and orbit control of information satellites by electromechanical, magnetic and plasma drivers // Proceedings of the 6th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST). IEEE Publ., 2013. P.1009-1014. DOI:10.1109/RAST.2013.6581169
16. Gerhardt D.T., Palo S.E. Passive Magnetic Attitude Control for CubeSat Spacecraft // 24^th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites. 2012. P . 1-8. Режим доступа:http://lasp.colorado.edu/home/csswe/files/2012/06/Gerhardt_SSC10_PMAC.pdf(дата обращения 01.11.2014).
17. Иванов Д.С., Ивлев Н.А., Карпенко С.О., Овчинников М.Ю., Ролдугин Д.С., Ткачев С.С. Летные испытания алгоритмов управления ориентацией микроспутника «Чибис-М». М.: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 2012. 32 с. (Препринт / ИПМ им. М.В. Келдыша РАН; №   58). Режим доступа:http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2012-58(дата обращения 01.11.2014).
18. Григорьев Ю.И. , Халов Г.Г., Кошелев В.А., Никонов А.А., Медников Б.А., Мельников В.Н., Черток М.Б., Клестов С.А., Платонов В.Н., Лимин Г.Ф. Способ магнитной разгрузки инерционных исполнительных органов космического аппарата и устройство для его осуществления: пат. 2070148 Российская Федерация. 1996. 8 с.
19. Ковтун В.С. Способ формирования управляющих моментов космического аппарата с магнитоинерционными исполнительными органами, система формирования управляющих моментов космического аппарата с магнитоинерционными исполнительными органами, магнитореологический исполнительный орган: пат. 2051840 Российская Федерация. 1996. 28 с.