КОСМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ОБСЛУЖИВАНИЯ ГРУППИРОВКИ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ОТКРЫТОЙ МОДУЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРЫ. SPACE SERVICE COMPLEX FOR CONSTELLATION OF SMALL SPACECRAFT BASED ON OPEN MODULAR ARCHITECTURE

© Е.Р.Салиев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2019 г.

Аннотация: На основе открытой модульной архитектуры спроектирован обслуживающий двухступенчатый комплекс, состоящий из базового и сервисного КА. Построена параметризованная математическая модель для нахождения оптимальной орбиты ожидания базового КА. Рассмотрены вопросы экономической эффективности модульных систем, составлена параметризованная математическая модель для оценки рентабельности модульного решения, проведён сравнительный анализ стоимости систем для различных значений параметров.

Ключевые слова: открытая модульная архитектура, модульный космический аппарат, обслуживающий космический аппарат, спутниковая группировка, орбитальное обслуживание.

Abstract: Based on open modular architecture, a two-stage servicing complex has been designed, consisting of base and service spacecraft. A parametrized mathematical model has been developed to find the optimal orbit of waiting for the base spacecraft. The issues of economic efficiency of modular systems have been considered, then a parametrized mathematical model for evaluating the benefits of a modular solution has been compiled, a comparative analysis of the cost of systems for various parameter values has been carried out.

Keywords: open modular architecture, cellular spacecraft, servicing spacecraft, satellite constellation, orbital service.

Поскольку автоматические космические аппараты (КА) не имеют до настоящего времени полноценной системы технического обслуживания и ремонта, они, в результате незапланированных отказов и выработки ресурса, превращаются в опасный космический мусор. При переходе к эксплуатации группировок из множества КА степень техногенного засорения околоземного пространства увеличивается и отсутствие затрат на техническое обслуживание и ремонт КА приводит к затратам на борьбу с мусором. Выход из строя одного из компонентов КА приводит к отказу всего КА, и в результате возникает потребность восстановления группировки за счёт запуска новых аппаратов, что выливается в существенные денежные затраты.

Таким образом имеет место комплексная актуальная проблема создания единой космической инфраструктуры сервиса КА, включающей систему эксплуатации, технического обслуживания и ремонта КА, а также систему утилизации космического мусора.

Рациональным способом сервиса КА является создание системы взаимодействующих между собой целевого КА (ЦКА) и КА обслуживания (КАО), которые изначально оснащены необходимыми агрегатами и системами стыковки и активного маневрирования [1]. Известно, что наиболее перспективным методом ремонта бортового оборудования автоматических КА является агрегатно-узловой метод, при котором неисправные агрегаты и узлы заменяются новыми или отремонтированными. В связи с этим фактом проектирование КАО ведётся по принципу открытой модульной архитектуры [2].

Для малых КА, с точки зрения массы расходуемого топлива, более выгодно использование двухступенчатого КАО, состоящего из базового КА, на котором размещён сервисный КА, используемый для обслуживания ЦКА. В докладе для базового КА найдены параметры оптимальной орбиты ожидания.

В докладе также представлена параметризованная математическая модель доходов и издержек, возникающих при запуске и обслуживании систем малых КА, выполненных по модульному и традиционному принципам. Основными параметрами в модели являются масса аппаратов, стоимость запуска, общее количество аппаратов в системе, а также вероятность их отказа. Показано, что существуют достаточно широкие диапазоны параметров, в которых модульная архитектура обеспечивает существенную выгоду по затратам на запуск и поддержание группировки.

Литература

1. Леонов А.Г. Космические аппараты обслуживания: учеб. пособие / А.Г. Леонов, Вл.В. Зеленцов, Г.А. Щеглов. М.: АО «ВПК «НПО машиностроения», 2019. 48 с.