ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЛНЕЧНОГО ПАРУСА ДЛЯ СВЕДЕНИЯ С ОРБИТЫ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ. SOLAR SAIL TECHNOLOGY APPLICATION FOR SMALL SATELLITES DEORBTING

© В.И.Майорова, Н.А.Неровный, Е.Д.Тимакова, М.Ю.Корецкий, А.В.Шаповалов, А.А.Боровиков, А.Е.Игнатьева, А.В.Захарченко, С.Н.Польщиков, С.В.Порсева, Н.Д.Лазарев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2019 г.

Аннотация: Авторами разработано устройство для сведения наноспутников с низкой околоземной орбиты после завершения срока их активного существования. В качестве двигательной установки предлагается использование двухлопастного роторного солнечного паруса для коррекции траектории и последующего увода космического аппарата с орбиты, что решает проблему засорения космического пространства. Авторами разработаны специальные математические модели для анализа динамики сведения МКА с орбиты, учитывающие активность Солнца, параметры орбиты, вращение и парусность МКА. Проанализировано время сведения МКА с орбиты с солнечным парусом и без него. Устройство отвечает требованиям стандарта CubeSat Design Specification rev.13 и было испытано в вакуумной камере.

Ключевые слова: солнечный парус, наноспутник, сведение с орбиты, кубсат.

Abstract: The authors developed the device for the nanosatellite deorbiting from low earth orbit after the end of the active lifetime. It is proposed to use a two-bladed rotary solar sail as a remote control for correcting the trajectory and subsequent spacecraft deorbiting from orbit, that solves the problem of space debris. The authors developed original mathematical models for the analysis of the spacecraft dynamics, taking into account the Sun activity, the orbit parameters, rotation and windage of the satellite. The time of the spacecraft descent from the orbit with and without solar sail was analyzed. The device requirements of the standard CubeSat Design Specification Rev.13 and was tested in a vacuum chamber.

Keywords: solar sail, nanosatellite, deorbiting, CubeSats.

В настоящее время спутники стандарта CubeSat становятся все более популярным проектным решением. Современные полезные нагрузки позволяют решать малым космическим аппаратам (МКА) все более серьезные задачи: как, например: выполнять дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), проводить астрономические наблюдения, обеспечивать технологические и научные эксперименты, связь, выполнять задачи автоматических межпланетных станций (АМС).

Необходимо также отметить, что малые геометрические размеры МКА и, следовательно, небольшая сила аэродинамического сопротивления позволяют таким аппаратам достаточно долго существовать на низких и средних орбитах даже после завершения срока эксплуатации. Успешное выполнение такого рода задач требует наличия на борту двигательной установки (ДУ).

В данной работе предлагается использование в качестве ДУ двухлопастного роторного солнечного паруса для коррекции траектории и последующем сведении МКА с орбиты, что решает проблему засорения космического пространства МКА. Авторами разработаны специальные математические модели для анализа динамики сведения МКА с орбиты с помощью роторного солнечного паруса, учитывающие активность Солнца, параметры орбиты, вращение и парусность МКА. Проанализировано время сведения МКА с орбиты с солнечным парусом и без него.

Авторами разработано устройство для сведения МКА с околоземной орбиты после завершения срока активного существования, отвечающее требованиям стандарта CubeSat Design Specification rev.13 и проведены испытания в вакуумной камере. Подтверждено функционирование МКА в условиях космического пространства.

Созданное устройство легло в основу проекта группировки МКА «Ярило» для изучения солнечной активности. Роторный солнечный парус используется как средство распределения МКА по орбите и захоронения после завершения срока эксплуатации. Проект создается и развивается студентами и выпускниками МГТУ им. Н. Э. Баумана. В настоящее время созданы макеты МКА для конструкторско-доводочных испытаний.