ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ УГЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ

© К.О.Перетятько, Е.А.Степченко, Е.А.Королёв, В.В.Корянов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2012 г.

Идея космоплавания с малой тягой солнечного паруса-зеркала была впервые высказана Ф.А. Цандером в 1910-1912 гг., а воплощена им в первом инженерном проекте космического корабля с солнечным парусом лишь в 1924 г. Сама идея движения под действием сил светового давления имеет довольно долгую историю в рамках истории физики, астрономии и космонавтики. За истекшее столетие развивающаяся идея космического полета с малой тягой солнечного паруса претерпела ряд неизбежных модификаций. Разнообразные приложения предлагают парус либо в виде экологически чистого движителя малой тяги, либо в роли элемента систем ориентации космического аппарата или его орбитального контроля, либо в роли рефлектора для освещения земной поверхности и т.п. Идея солнечного паруса неизбежно связана не только с поисками и разработками новых видов энергии, но и с широкими горизонтами революционных применений современных нанотехнологий в космосе.

Ф.А. Цандеру, советскому ученому и инженеру, принадлежит первое серьезное исследование проблемы космического полета с помощью сил давления солнечных лучей, относящееся к 1924-1925 гг. В трудах Ф.А. Цандера блестящая конкретизация этой многогранной идеи нашла свое воплощение в виде инженерного анализа возможности разработки теории межпланетных перелетов с помощью зеркал и отражающих экранов как двигателей малой тяги.

Цель представляемой работы заключается в исследовании движения космического аппарата с солнечным парусом (КАСП), исследование влияния асимметрий и начальной угловой скорости вращения КАСП на изменение характеристик движения аппарата.

Для достижения поставленной цели необходимо сделать следующее: разработать математическую модель движения КАСП; проанализировать конструктивную схему КАСП применительно к задаче; разработать компьютерную среду моделирования для составления математической модели; провести численное моделирование; проанализировать полученные результаты.

Разрабатываемый КАСП представляет собой автономный аппарат, оборудованный системами и устройствами, обеспечивающими его движение по орбите Земли, проведение съемки и ретрансляции данных на Землю.

Выводы. Разработана математическая модель для исследования пространственного углового движения КАСП на орбитальном участке полета с учетом возможных начальных отклонений параметров движения после отделения, асимметрий различного вида.

При исследовании влияния начальной угловой скорости вращения вокруг продольной оси на угол атаки входа аппарата в атмосферу получено значение оптимальной начальной угловой скорости вращения ωx0, при котором угол атаки входа минимален.

Также установлено, что начальная угловая скорость вращения вокруг продольной оси влияет на максимальное значение угла атаки.