Проектно-баллистический анализ миссий космических аппаратов с двигателями малой тяги в гравитационном поле с нерегулярной структурой

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-01092

НазваниеПроектно-баллистический анализ миссий космических аппаратов с двигателями малой тяги в гравитационном поле с нерегулярной структурой

Руководитель Старинова Ольга Леонардовна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" , Самарская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-606 - Навигация, наведение и управление подвижными объектами

Ключевые слова Механика космического полета, космический аппарат, двигатель малой тяги, гравитационное поле, астероид, математическая модель, закон управления, проектно-баллистические параметры, задача оптимизации

Код ГРНТИ55.49.05

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В данном исследовании предполагается разработать метод формирования программного управления движением космического аппарата с электроракетной двигательной установкой малой тяги в окрестности малых тел Солнечной системы с нерегулярным гравитационным полем, а также в окрестностях точек либрации, который может быть использован при проектно-баллистическом анализе реальных миссий. Метод предполагает использование в качестве математической модели малого небесного тела модель n гравитирующих точек, число и расположение которых определяется в соответствии с известными данными об объекте, миссия к которому готовится. На начальном этапе это могут быть только две точки, затем в ходе получения дополнительных данных, модель тела может уточняться. Такая постановка задачи позволит решать задачу поиска оптимальных программ управления в рамках задачи n+1 тела (учитывая гравитацию Солнца) в соответствии с необходимыми условиями оптимальности известными численными методами, исследовать эффективность полученных схем управления и рассчитывать оптимальные траектории движения космического аппарата в гравитационных полях сложной конфигурации. Научный коллектив будет исследовать проблемы проектно-баллистического анализа миссий к малым телам Солнечной системы, включая проблемы формирования программного управления, а также задачи проектирования и конструирования малых космических аппаратов с электроракетными двигателями. В данном проекте будет проводиться проектный анализ и синтез космических аппаратов с электроракетными двигательными установками, в том числе макетирование разработанных проектных схем космических аппаратов. Предлагаемый в рамках данного исследования новый подход позволит провести проектно-баллистический анализ миссии, в том числе, дать рекомендации по выбору основных проектных параметров космического аппарата и двигательной установки для заданной миссии и разработать метод определения оптимального программного управления для серии динамических маневров. Ключевой особенностью предлагаемого подхода является его контролируемая точность. Конкретной научной проблемой, решаемой в рамках работы над проектом, является определение оптимальных устойчивых схем маневрирования КА с малой тягой вблизи объектов с гравитационными полями сложной конфигурации. Актуальность и новизна данной научной проблемы обусловлена следующими соображениями: 1. Отсутствуют общепринятые математические модели гравитационного поля исследуемого объекта сложной формы, применимые на этапе планирования миссии. 2. Недостаточно разработан метод поиска оптимального управления движением космического аппарата с малой тягой в гравитационных полях с нерегулярной структурой. 3. Отсутствует методика совместной оптимизации траекторных и проектных параметров, адаптированная для космического аппарата с двигателями малой тяги функционирующего в гравитационном поле с нерегулярной структурой. 4. Отсутствуют разработанные алгоритмы, предназначенные для моделирования управляемого движения космического аппарата с двигателями малой тяги в гравитационном поле с нерегулярной структурой. 5. Отсутствуют процедуры предварительного проектно-баллистического планирования космических миссий по исследованию малых тел Солнечной системы с гравитационным полем нерегулярной структуры.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ду Ч., Старинова О.Л. Оптимальное управление при перелетах с малой тягой на вертикальные орбиты с орбит Ляпунова Мехатроника, автоматизация, управление, 3(23), 158-167 (год публикации - 2022)
10.17587/mau.23.158-167

2. Крестина А.В., Ткаченко И.С. Efficiency Assessment of the Deorbiting Systems for Small Satellite Journal of Aeronautics, Astronautics and Aviation, 54 (2), 227-240 (год публикации - 2022)
10.6125/JoAAA.202206_54(2).08

3. Крестина А.В. Проектный облик аэродинамической системы увода наноспутника с орбиты Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXV Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2022, 1 (2022), 82-85 (год публикации - 2022)

4. Иванушкин М.А. Разработка методики выбора проектных параметров многоспутниковой космической системы глобального непрерывного мониторинга Земли Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXV Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2022, 1 (2022), 74-78 (год публикации - 2022)

5. Ду Ч., Старинова О.Л., Лю Я. Low-thrust transfer dynamics and control between halo orbits in the Earth-Moon system by means of invariant manifold IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 7 (2022) (год публикации - 2022)
10.1109/TAES.2022.3225781

6. Ду Ч, Старинова О.Л., Лиу Ю. Low-thrust transfer trajectory planning and tracking in the Earth–Moon elliptic restricted three-body problem Nonlinear Dynamics, 111(11), стр. 10201–10216 (год публикации - 2023)
10.1007/s11071-023-08383-0

7. Старинова О.Л., Лобыкин А.А., Рожков М.А. Оптимизация гелиоцентрических перелётов космического аппарата с разнотипными электроракетными двигателями Космическая техника и технологии, № 1 (40), c. 94-104 (год публикации - 2023)
10.33950

8. Ду Ч., Старинова О.Л.. Дёмина А.Ю. Методика формирования оптимальных программ управления перелетами космических аппаратов с малой тягой между гало-орбитами, порожденными точкой либрации L2 системы Земля–Луна Гироскопия и навигация, Том 31. №3 (122), 2023 (год публикации - 2023)

9. Старинова О.Л., Старостина Т.В. Spacecraft Control During The Descent to The Surface of Jupiter's Satellite Callisto Proceedings of 10th International Conference on Recent Advances in Air and Space Technologies, RAST 2023, Istanbul, 7 -9 June 2023, Код 191477 (год публикации - 2023)
10.1109/RAST57548.2023.10197860

10. Старинова О.Л., Ткаченко И.С., Хабибуллин Р.М., Чен Д., Иванушкин М.А., Чернякина И.В. Algorithms of the control programs formation for the Earth remote sensing spacecraft Proceedings - 9th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2023, 9th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2023б Virtual, Online 17 - 21 April 2023 Код 189224 (год публикации - 2023)
10.1109/ITNT57377.2023.10139092

11. Старинова О.Л., Ду Ч., Чень Д. Optimization of Low-thrust Flights between Periodic Orbits Around Libration Points In the Earth-Moon System Proceeding of 17th International Conference on Space Operations, Dubai, United Arab Emirates, 6 - 10 March 2023, SpaceOps-2023, ID # 135 (год публикации - 2023)

12. Старинова О.Л., Рожков М.А. Control Program for a Multi-Type Electric Propulsion System for the Earth-Mars-Earth-Jupiter Mission Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC, IAC-23-D2.8.4 (год публикации - 2023)

13. Старинова О.Л., Чернякина И.В., Хабибуллин Р.М. The Interplanetary Missions Design of Solar Sail Spacecraft AIP Conference Proceedings, Volume 2821, Issue 1 (год публикации - 2023)

14. Старинова О.Л., Лобыкин А.А., Ду Ч. Программное управление для перелётов КА с ЭРДУ на периодические гало-орбиты с низкой околоземной орбиты Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 14-16 июня 2023г. – Самара, Изд-во 2023. – 352 с., ил., Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2023. с. 52-56 (год публикации - 2023)

15. Климашин С.В., Старинова О.Л. Математическая модель поиска оптимального управления для перелёта Земля-Земля с использованием принципа максимума Понтрягина Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 14-16 июня 2023г. – Самара, Изд-во 2023. – 352 с., ил., Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2023, с. 22-26 (год публикации - 2023)

16. Шарипова А.Р., Иванушкин М.А. Применение аэродинамического манёвра при выведении космического аппарата на орбиту спутника Юпитера - Каллисто Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 14-16 июня 2023г. – Самара, Изд-во 2023. – 352 с., ил., Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2023, с. 69-72 (год публикации - 2023)

17. Юй Вэйцзе, Старинова О.Л. Исследование цилиндрических орбит космического аппарата с солнечным парусом под южным полюсом Луны Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 14-16 июня 2023г. – Самара, Изд-во 2023. – 352 с., ил., Сборник трудов XXVI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2023, c. 73-79 (год публикации - 2023)

18. Сафронов С.Л., Иванушкин М.А., Коровин М.Д., Кауров И.В., Ткаченко И.С., Крестина А.В. Development of the information-logical scheme for Earth remote sensing small spacecraft Proceedings - 9th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2023 9th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2023, Virtual, Online 17 - 21 April 2023, Proceedings - 9th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2023 9th IEEE International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2023б Virtual, Online 17 - 21 April 2023 Код 189224 (год публикации - 2023)
10.1109/ITNT57377.2023.10139156

19. Старинова О.Л.,Чень Д., Сергаева Е.А., Хабибуллин Р.М., Чернякина И.В. Motion control of a electric propulsion observation spacecraft in a irregular gravitational field Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 1 (2022), № 182151 (год публикации - 2022)
10.1109/ITNT55410.2022.9848618

20. Ду Ч., Старинова О.Л., Лю, Й. Transfer between the planar Lyapunov orbits around the Earth–Moon L2 point using low-thrust engine Acta Astronautica, 201 (2022), 513-525. (год публикации - 2022)
10.1016/j.actaastro.2022.09.056

21. Старинова О.Л., Лобыкин А.А. Оптимизация гелиоцентрических перелётов космических аппаратов с разнотипными электроракетными двигателями Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXV Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов: Самара, 2022, 1 (2022), 52-57 (год публикации - 2022)

22. Старинова О.Л., Ду Ч., Чернякина И.В. Формирование оптимальных программ управления перелётами космических аппаратов с малой тягой между периодическими орбитами относительно точек либрации L1 и L2 системы Земля-Луна Математическое моделирование, компьютерный и натурный эксперимент в естественных науках, 2022, №4 (год публикации - 2022)
10.24412/2541-9269-2022-4-19-23

Публикации