Лапханов Е. О. Розробка методичних підходів для синтезу алгоритмів керування відведенням космічного апарата із застосуванням аеромагнітної системи відведення

Лапханов Е. О. Розробка методичних підходів для синтезу алгоритмів керування відведенням космічного апарата із застосуванням аеромагнітної системи відведення. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, Дніпро, 2020. У дисертації вирішено наукове завдання розробки методичних підходів, щодо синтезу алгоритмів керування кутовою стабілізацією космічного апарата з аеродинамічно нестійким вітрильним елементом під час відведення з орбіти за допомогою нового класу гібридних засобів очищення навколоземного простору від об’єктів космічного сміття – аеромагнітних систем відведення. В першому розділі проведено аналітичне порівняння переваг та недоліків існуючих засобів відведення об’єктів космічного сміття з навколоземних орбіт. Сформовано класифікатор засобів відведення об’єктів космічного сміття за головними критеріями ефективності: швидкодією, надійністю при довготривалому застосуванні, витратами палива та (або) бортової енергії і ступеню практичного впровадження та застосування. Враховуючи певні обмеження застосування існуючих засобів відведення проведено обґрунтування розробки нових гібридних систем відведення об’єктів космічного сміття з навколоземних орбіт. Враховуючи аеродинамічну нестійкість плоских аеродинамічних елементів вітрильного типу, проведено обґрунтування розробки нового класу гібридних засобів відведення об’єктів космічного сміття – аеромагнітних систем відведення. В другому розділі представлено математичні моделі орбітального руху і кутового руху космічного апарата з аеромагнітною системою відведення. Представлено моделі збурень, що враховуються при дослідженні орбітального руху і кутового руху космічного апарата з аеромагнітною системою відведення. Показано доцільність врахування збурюючих прискорень сил плазмодинамічного гальмування в правих частинах рівнянь орбітального руху космічного апарата з аеромагнітною системою відведення, при дослідженні часу відведення. В третьому розділі проведено дослідження особливостей розробки функціональних схем системи керування космічного апарата з аеромагнітною системою відведення. Представлено узагальнену функціональну схему аеромагнітної системи відведення космічних апаратів з низьких навколоземних орбіт. Проведено дослідження особливостей розробки конструктивної схеми аеромагнітної системи відведення із застосуванням виконавчих органів з поворотними постійними магнітами. Розроблено методичні підходи, щодо синтезу алгоритмів керування кутовим рухом КА з аеромагнітною системою відведення при застосуванні виконавчих органів з поворотними постійними магнітами та при застосуванні електромагнітів (магнетторків). Проведено дослідження особливостей синтезу алгоритмів рухомого керування стабілізацією аеродинамічного елементу космічного апарата з аеромагнітною системою відведення при застосуванні електромагнітів (магнетторків). Із застосуванням критеріїв стійкості Ляпунова, методів інфінітезимального числення та мультиплікативних інтегралів Вольтера, принципів оптимальності Беллмана запропоновано критерії стійкості для аналізу стабілізації космічного апарата з аеромагнітною системою при застосуванні різних магнітних систем орієнтації. Сформовано критерії оптимального застосування аеромагнітних систем відведення, що полягають в мінімізації витрат бортової електричної енергії на здійснення грубої стабілізації космічного апарата оснащеного аеромагнітними системами відведення в довготривалих космічних місіях. Проведено аналітичне порівняння особливостей керування кутовою стабілізацією космічного апарата за допомогою виконавчих органів з поворотними постійними магнітами і електромагнітів. Виходячи із технічних особливостей таких магнітних органів керування кутовим рухом, розроблено відповідні методичні рекомендації вибору виконавчих органів з поворотними постійними магнітами або електромагнітів для різних космічних апаратів з аеромагнітними системами відведення. В четвертому розділі проведено дослідження відведення космічних апаратів класу «Січ» розробки ДП «КБ «Південне» з орбіт різної дислокації із застосуванням аеромагнітних систем відведення. Визначено внутрішні і зовнішні чинники, що впливають на ефективність застосування аеромагнітних систем відведення. Із врахуванням цих чинників сформовано методичні рекомендації аналізу доцільності застосування аеромагнітних систем відведення, що чітко окреслюють переваги застосування цих засобів боротьби із засміченням навколоземного простору в залежності від характеру певної космічної місії з відведення об’єктів космічного сміття.