Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 157-164
Опыт использования алгоритма разгрузки двигателя-маховика с использованием магнитных исполнительных органов для обеспечения стабилизации спутника дистанционного зондирования «Аист 2Д»
А.Н. Бормотов
1 , Д.И. Орлов
2 , Е.С. Хнырева
2 , М.Е. Браткова
2 1 Пензенский государственный технологический университет, Пенза, Россия
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Россия
Одобрена к печати: 06.09.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-6-157-164
Предложен алгоритм разгрузки исполнительных органов системы управления движением малого космического аппарата (МКА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Проведено численное моделирование, которое подтверждает эффективность алгоритма. При реализации алгоритма использовались данные измерений угловой скорости вращения МКА ДЗЗ «Аист 2Д» с помощью гироскопических измерителей вектора угловой скорости. Были использованы также измерения вектора индукции магнитного поля Земли, выполненные с помощью аппаратуры МАГКОМ. В результате реализации предложенного алгоритма разгрузки двигателей-маховиков была получена зависимость угловой скорости маховика. Данный алгоритм может быть использован для снижения кинетического момента двигателей-маховиков малого космического аппарата с помощью электромагнитов. Исследование построено на теореме об изменении кинетического момента и введении критерия допустимости разгрузки. В качестве основных исполнительных органов рассматривается двигатель-маховик. Для снижения кинетического момента двигателя-маховика используются магнитные исполнительные органы. Исследование проведено на примере МКА ДЗЗ «Аист 2Д». Результаты могут быть использованы для повышения эффективности работы системы управления движением малого космического аппарата. Это позволит улучшать разрешение снимаемых объектов с помощью МКА ДЗЗ.
Ключевые слова: малый космический аппарат дистанционного зондирования Земли, двигатель-маховик, магнитные исполнительные органы, алгоритм разгрузки
Полный текстСписок литературы:
- Абрашкин В. И., Воронов К. Е., Дорофеев А. С. и др. Определение вращательного движения малого космического аппарата «Аист 2Д» по данным научной аппаратуры КМУ-1 // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2017. № 57. 37 с. DOI: 10.20948/prepr-2017-57.
- 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 // Аэрокосмич. исслед. Тр. МФТИ. 2013. Т. 5. № 4. С. 18–25.
- Кирилин А. Н., Ахметов Р. Н., Шахматов Е. В. и др. Опытно-технологический малый космический аппарат «Аист 2Д»: монография. Самара: Изд-во СамНЦРАН, 2017. 324 с.
- Коваленко А. П. Магнитные системы управления космическими летательными аппаратами: учебн. М.: Машиностроение, 1975. 248 с.
- Раушенбах Б. В., Токарь Е. Н. Управление ориентацией космических аппаратов: учебн. М.: Изд-во «Наука», 1974. 600 с.
- Симоньянц Р. П., Галкин Д. И. Постоянный магнит как средство разгрузки маховиков космического аппарата // Наука и образование. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 12. С. 463–479. DOI: 10.7463/1214.0752094.
- Шипов М. Г. Гашение угловых скоростей космического аппарата «Аист 2Д» с использованием системы сброса кинетического момента // Вестн. Самарского ун-та. Аэрокосм. техника, технологии и машиностроение. 2019. Т. 18. № 2. С. 121–127. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-2-121-127.
- Abrashkin V. I., Voronov K. E., Dorofeev A. S. et al. Detection of the rotational motion of the Aist-2D small spacecraft by magnetic measurements // Cosmic Research. 2019. V. 57. No. 1. P. 48–60. https://doi.org/10.1134/S0010952519010015.
- Anshakov G. P., Belousov A. I., Sedel’nikov A. V. The problem of estimating microaccelerations aboard Foton-M4 spacecraft // Russian Aeronautics. 2017. V. 60. No. 1. P. 83–89. https://doi.org/10.3103/S1068799817010123.
- Anshakov G. P., Belousov A. I., Sedel’nikov A. V., Gorozhankina A. S. Efficiency Estimation of Electrothermal Thrusters Use in the Control System of the Technological Spacecraft Motion // Russian Aeronautics. 2018. V. 61. No. 3. P. 347–354. https://doi.org/10.3103/S1068799818030054.
- Anshakov G. P., Belousov A. I., Sedel’nikov A. V., Puzin Yu. Ya. Effect of the mission and supporting equipment on operation of the magnetometer sensors of the Foton-M No. 2 spacecraft // Russian Aeronautics. 2019. V. 62. No. 4. P. 571–576. https://doi.org/10.3103/S1068799819040068.
- Belousov A. I., Sedelnikov A. V. Problems in formation and control of a required microacceleration level at spacecraft design, tests, and operation // Russian Aeronautics. 2014. V. 57. No. 2. P. 111–117. https://doi.org/10.3103/S1068799814020019.
- Ceamanos X., Moparthy S., Carrer D., Seidel F. C. Assessing the Potential of Geostationary Satellites for Aerosol Remote Sensing Based on Critical Surface Albedo // Remote Sensing. 2019. V. 11. No. 24. Article 2958. https://doi.org/10.3390/rs11242958.
- Hall C. D. Spinup dynamics of gyrostats // J. Guidance Control and Dynamics. 1995. V. 18. No. 5. P. 1177–1183. https://doi.org/10.2514/3.21522.
- Howe D. Magnetic actuators // Sensors and Actuators A: Physical. 2000. V. 81. No. 1–3. P. 268–274. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00174-0.
- Ivliev N., Evdokimova V., Podlipnov V. et al. First Earth-Imaging CubeSat with Harmonic Diffractive Lens // Remote Sensing. 2022. V. 14(9). Article 2230. https://doi.org/10.3390/rs14092230.
- Pasciuto I., Ligorio G., Bergamini E. et al. How Angular Velocity Features and Different Gyroscope Noise Types Interact and Determine Orientation Estimation Accuracy // Sensors. 2015. V. 15. No. 9. P. 23983–24001. https://doi.org/10.3390/s150923983.
- Sedelnikov A. V. Fast Analysis of Onboard Measurements of the Earth Magnetic Field for the Purpose of Microaccelerations Decrement on Board of the Aist Small Spacecraft During its Uncontrolled Orbital Flight // Intern. Review of Aerospace Engineering. 2018. V. 11. No. 2. P. 76–83. https://doi.org/10.15866/irease.v11i2.13238.
- Sedelnikov A. V. The Assessment Problem of Microaccelerations at the Experimental Sample of the Small Spacecraft Aist after the Battery Degradation and the Method of its Solution // Microgravity Science and Technology. 2020. V. 32. No. 4. P. 673–679. https://doi.org/10.1007/s12217-020-09789-w.
- Sedelnikov A. V. Algorithm for restoring information of current from solar panels of a small spacecraft prototype Aist with help of normality conditions // J. Aeronautics, Astronautics, and Aviation. 2022. V. 54. No. 1. P. 67–76. DOI: 10.6125/JoAAA.202203_54(1).05.
- Sedelnikov A. V., Orlov D. I. Analysis of the significance of the influence of various components of the disturbance from a temperature shock on the level of microaccelerations in the internal environment of a small spacecraft // Microgravity Science and Technology. 2021. V. 33. No. 2. Article 22. https://doi.org/10.1007/s12217-020-09867-z.
- Sedelnikov A. V., Potienko K. I. Analysis of reduction of controllability of spacecraft during conducting of active control over microaccelerations // Intern. Review of Aerospace Engineering. 2017. V. 10. No. 3. P. 160–166. https://doi.org/10.15866/irease.v10i3.12342.
- Sedelnikov A. V., Salmin V. V. Modeling the disturbing effect on the Aist small spacecraft based on the measurements data // Scientific Reports. 2022. V. 12. Article 1300. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05367-9.
- Sedelnikov A. V., Filippov A. S., Gorozhakina A. S. (2018a) Evaluation of calibration accuracy of magnetometer sensors of Aist small spacecraft // J. Physics: Conf. Ser. 2018. V. 1015. Article 032045. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1015/3/032045.
- Sedelnikov A. V., Filippov A. S., Ivashova T. A. (2018b) Earth’s magnetic field measurements data accuracy evaluation on board of the small spacecraft Aist flight model // Jordan J. Mechanical and Industrial Engineering. 2018. V. 12. No. 4. P. 253–260.
- Sedelnikov A. V., Khnyryova E. S., Filippov A. S., Ivashova T. A. Measurements Analysis of the Earth’s Magnetic Field Data Obtained from the Flight Model of Aist Small Spacecraft // Intern. J. Mechanical Engineering and Robotic Research. 2019. V. 8. No. 4. P. 542–546. https://doi.org/10.18178/ijmerr.8.4.542-546.
- Wang M., Fan C., Yang B. et al. On-Ground Processing of Yaogan-24 Remote Sensing Satellite Attitude Data and Verification Using Geometric Field Calibration // Sensors. 2016. V. 16. No. 8. Article 1203. https://doi.org/10.3390/s16081203.