ПОСТРОЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ ПЕРЕЛЁТА МЕЖДУ КРУПНЫМИ ОБЪЕКТАМИ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА В ЗАДАЧЕ ИХ УВОДА С НИЗКИХ ОРБИТ

© А.А.Баранов, Д.А.Гришко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2018 г.

Многие современные проекты по очистке околоземных орбит от космического мусора в первую очередь ориентированы на удаление крупногабаритных объектов, большинство из которых на низких орбитах представлено ступенями ракет-носителей и разгонными блоками. Приоритет увода крупных объектов обусловлен тем, что столкновения нескольких таких объектов друг с другом могут привести к каскадному увеличению популяции космического мусора.

Сравнительный анализ геометрических размеров и масс известных к настоящему времени верхних ступеней и разгонных блоков позволяет выделить на низких орбитах 5 компактных групп крупногабаритного космического мусора (ККМ), каждая из которых характеризуется близкими значениями наклонения орбит объектов, образующих группу (71°, 74°, 81°, 83°, 97°–100°). Прямая коррекция угла между плоскостями при облёте всех объектов группы потребует затрат суммарной характеристической скорости (СХС), многократно превышающих возможности современной космической техники. Поэтому для осуществления перелёта между двумя объектами используется более низкая орбита ожидания. Эта орбита специально формируется таким образом, чтобы при движении по ней космический аппарат (КА) за фиксированное время компенсировал отклонения по долготе восходящего узла (ДВУ) и по аргументу широты вследствие разной скорости прецессии ДВУ и разного периода обращения у орбиты ожидания и у орбиты цели.

Наиболее интересными являются два известных варианта увода ККМ. Оба они предусматривают наличие активного КА-сборщика, который осуществляет перелёты между объектами ККМ. В рамках первого варианта предполагается, что на борту активного КА имеются отделяемые модули с собственной двигательной установкой и с запасом топлива для выдачи тормозного импульса. После установления физической связи с объектом эти модули фиксируются на нём и обеспечивают перевод этого объекта на специально рассчитываемую орбиту захоронения (ОЗ). Сам активный КА остаётся на орбите этого объекта и далее осуществляет перелёт к следующему объекту. При реализации второго варианта активный КА стыкуется с объектом и за счёт своей собственной двигательной установки уводит образованную сцепку на ОЗ. КА-сборщик остаётся на этой ОЗ до тех пор, пока её плоскость и плоскость орбиты следующего объекта не совпадут по ДВУ, а затем перелетает к этому объекту.

В докладе приводится сравнение двух вариантов увода ККМ по СХС, продолжительности облёта, количеству дозаправок топливом и отделяемыми модулями. Анализ результатов позволил выявить требуемую длительность функционирования активного КА и его необходимый резерв СХС на одной заправке топливом. Было определено оптимальное значение максимального количества отделяемых модулей на борту, выбор типа и параметров ОЗ позволил рассчитать запасы топлива для этих отделяемых модулей.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках мероприятия 1.2 федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (Соглашение от 26 сентября 2017 года № 14.574.21.0146, уникальный идентификатор работ RFMEFI57417X0146).