вывод груза

Авторы
Ледков А.С.
Жаринов М.К.
Тип материала
статья
Издательство, журнал, сборник.
Интернет-журнал «Науковедение», 2014 №4 (23)
Реферат, аннотация

В настоящее время задача вывода полезного груза на орбиту имеет огромное практическое значение. В статье рассматривается основанный на использовании космических тросовых систем способ вывода груза на орбиту. Предлагается разместить на низкой орбите спутник, с которого развернуть в верхние слои атмосферы космическую тросовую систему со стыковочным модулем. Груз с помощью легкой ракеты выводится на низкую орбиту и мягко стыкуется с нижним концом троса. Затем система переводится во вращение. После половины оборота груз отделяется и продолжает свободное движение на более высокой орбите. Указанная схема позволяет отказаться от использования последней ступени ракеты-носителя. В статье приводится оригинальный способ перевода радиальной тросовой системы во вращение за счет использования аэродинамической силы. Предлагается разместить на стыковочном модуле баллон большого поперечного сечения. После стыковки груза баллон надувается, и аэродинамические силы создают момент, который стремится развернуть тросовую систему. Поскольку в атмосферу погружен лишь нижний конец троса, то после четверти оборота аэродинамические силы не будут препятствовать повороту системы. Для проверки возможности использования описанной схемы была разработана математическая модель, в которой спутник рассматривался как материальная точка, стыковочный модуль с присоединенным грузом и баллоном – как осесимметричное твердое тело, трос – как невесомый упругий стержень. На основании известной упрощенной модели гантелееобразного спутника на круговой орбите в пространстве параметров системы выделена область, соответствующая тросовым системам, которые могут быть переведены по вращение за счет аэродинамических сил. Полученный результат позволяет легко решать задачу синтеза массово-геометрических характеристик космических тросовых систем. С помощью формулы Циолковского дана оценка массы топлива, которое может быть сэкономлено в результате использования описанной схемы вывода. Численное моделирование подтвердило эффективность предлагаемого способа раскрутки тросовой системы. Для конкретного примера системы был определен необходимый размер надувного баллона и дана оценка величины сэкономленного топлива. Моделирование показало, что трос остается натянутым в процессе операции вывода. В случае, если размер баллона недостаточно велик для раскрутки системы, перевод во вращение может быть осуществлен посредствам периодического надувания и спускания баллона. Предложен закон управления радиусом баллона, эффективность которого подтверждена численным экспериментом.

Представленные результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России №9.540.2014/К.