ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ ВОЗМУЩАЮЩИХ ФАКТОРОВ НА ДИНАМИКУ КОСМИЧЕСКИХ ТРОСОВЫХ СИСТЕМ

© М.А.Голодов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2006 г.

Все большее внимание современной аэрокосмической наукой уделяется вопросам, связанным с использованием орбитальных тросовых систем. Концепция космической тросовой системы (КТС) была впервые предложена К. Э. Циолковским в 1895 г. Применение тросовых систем в ближайшей перспективе позволит решать широкий спектр задач в космосе. К числу таких задач относятся:

- получение с помощью заданного, в том числе и переменного, уровня микроускорений на борту космического аппарата;

- физические и аэродинамические исследования в верхних слоях атмосферы, в диапазоне высот, лежащем ниже границы баллистического существования космического аппарата (130-180 км), при помощи привязных субспутников;

- создание систем, позволяющих осуществлять радиосвязь с подводными лодками, находящимися в погруженном состоянии, и иными заглубленными объектами в диапазонах длинных и сверхдлинных волн путем развертывания на орбите антенн с характерными размерами от сотен метров до десятков километров;

- разработка крупногабаритных бескаркасных конструкций, удерживаемых в развернутом состоянии центробежными силами (высокоапертурных радиолокаторов и концентраторов изменяемой геометрии диаметром в сотни метров);

- использование тросовых систем для довыведения космических аппаратов на рабочую орбиту при помощи так называемого «тросового маневра», а также спуска полезных нагрузок с околоземной орбиты;

- применение космических систем с токопроводящим тросом, взаимодействующим с магнитным полем Земли и позволяющим конвертировать кинетическую энергию космического аппарата в электрическую и обратно с высоким КПД, достигающим 90-95%.

Для тросовых систем характерны низкие значения собственных частот колебаний, поэтому даже незначительные возмущающие факторы космического полета могут существенно влиять на динамику КТС. Тросы, применяемые в КТС, являются термически тонкими телами. При пересечении линии терминатора (при входе в теневой участок орбиты) их температура изменяется с высоким градиентом, достигающим 0,7 градуса в секунду, а возникающие при этом деформации имеют порядок от нескольких десятков до нескольких сотен сантиметров на километр длины троса. Инициируемые же ими продольные колебания КТС через силы Кориолиса связаны с поперечными, лежащими в плоскости орбиты. Результатом является сложное продольно-маятниковое движение. При совпадении частоты основного тона с гармоникой термического воздействия возникает резонанс, что приводит к потере натяжения или обрыву троса.

В докладе приводятся рекомендации по выбору оптимальных параметров КТС, позволяющих избежать указанных явлений.