CC BY
18
Kudryavtsev Alexander Mikhailovich, doctor of military sciences, professor, alex.23.zauer@yandex.ru, Russia, Sankt-Petersburg, Military academy of telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny,
Smirnov Andrei Aleksandrovich, docent, candidate of technical sciences, andrew work@list.ru, Russia, Sankt-Petersburg, Military academy of telecommunications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Bydyonny
УДК 629.78
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-107-111
ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ НА БАЗЕ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
С.Н. Краснощеков, Д.В. Скворцов, Н.А. Попов
В статье приводится обоснование создания орбитальной группировки на базе малых космических аппаратов, решающей задачу контроля космического мусора, движущегося в районе геостационарной орбиты. Приводятся расчеты просмотра всех космических объектов, находящихся на геостационарной орбите относительно времени и количественного состава орбитальной группировки на базе малых космических аппаратов.
Ключевые слова: космический мусор, геостационарная орбита, малый космический аппарат.
С каждым годом число объектов на Земной орбите возрастает. Отработавшие космические аппараты (КА), разгонные блоки, обтекатели и прочие технические элементы представляют все большую опасность для действующих КА. Особую роль в использовании космического пространства представляет геостационарная орбита (ГСО).
ГСО - это круговая экваториальная орбита радиуса ггсо = 42164 (км), на которой угловая скорость космических объектов (КО) шко совпадает с угловой скоростью вращения Земли Пз вокруг своей оси в абсолютной системе координат
_ п _ 2п ыко - ^З - — ,
'зв
где Гзв = 86164 (с) - продолжительность звездных суток, за которые Земля совершает полный оборот вокруг своей оси относительно звезд [1, 2].
Поскольку шко = Пз , то любой КО, движущийся по ГСО, совершает полный оборот по этой орбите за период обращения Гко = Ггсо = Гзв . Таким образом, КО выведенный на ГСО «висит» над одной и той же точкой, расположенной на экваторе Земли, имеющей долготу Ят.
На ГСО находятся множество КА связи, имеющих ключевое значение для инфраструктуры планеты. Отслужившие свой срок активного существования или вышедшие из строя КО переводятся с рабочей орбиты в зоны «отчуждения» отработавших КО. Такие КО располагаются на высотах (ггсо + 300) км и (ггсо — 120) км относительно рабочей ГСО радиуса ггсо = 42164 км.
Количество отработавших КО на ГСО неуклонно растет. В соответствии с международными правилами ГСО поделена между государствами на отдельные дуги, в которых могут находиться геостационарные КА того или иного государства, предназначенные для решения различных задач (связь, телевидение, наблюдение за поверхностью Земли и др.).
За международное распределение орбитально-частотного ресурса отвечает Международный союз электросвязи (МСА). Большинство стран соблюдают рекомендации МСА. Такие страны, в соответствии с установленными правилами, используют частоты и утилизируют отработавшие КА. Однако, есть страны, которые пренебрегают рекомендациями МСА. Данные страны не всегда переводят в зоны «отчуждения» (на орбиту захоронения), отслужившие свой срок активного существования либо вышедшие из строя КА, а также используют КО «невидимки» с целью получения понимания истинной цели нахождения различных КО на ГСО. Опасная ситуация возникает тогда, когда данные КО «неведимки» выходят из строя и начинают дрейфовать в направлении других - работающих КА. При этом, практически достигнута максимальная плотность использования ГСО, а существенное удаление ГСО затрудняет её контроль с применением существующих оптических средств наблюдения.
В настоящее время не разработаны способы «очистки» от космического мусора зоны ГСО. Поэтому в окрестностях ГСО на рабочих орбитах или зонах «отчуждения» в пределах высот (ггсо + 300) км > ггсо > (ггсо — 120) км находятся сотни (как рабочие, так и отработавшие) КО.
В связи с этим можно сделать вывод, что создание орбитальной группировки (ОГ) на базе малых космических аппаратов (МКА), контролирующей ситуацию в зоне ГСО, является актуальной задачей.
Запуск отечественных КА на ГСО возможно производить ракетами-носителями среднего и тяжелого классов. Стоимость запусков КА на ГСО с космодромов «Плесецк», «Восточный», «Байконур» значительно выше стоимости аналогичных запусков с космодромов, приближенных к экватору. В связи с этим предпочтительнее производить запуск ракет-носителей с космодрома Куру (Французская Гвиана) или с плавучего старта, который располагается на экваторе. Такие пуски существенно снизят стоимость запуска ракеты-носителя с КА-доставщиком МКА в окрестность ГСО.
Следует заметить, что ОГ МКА должна находиться на орбитах, располагающихся выше или ниже ГСО. Такое расположение обеспечит несовпадение периода обращения МКА с периодом ГСО и поэтому позволит организовать различные эффективные схемы обследования КО на ГСО за заданный промежуток времени.
Для организации таких схем предлагается выводить КА-доставщик МКА на рабочие круговые орбиты в зону границ «отработавших» геостационарных КА с радиусом (ггсо + 300) км > гка > (ггсо — 120) км. Данный подход обеспечит допустимые расстояния между МКА и КО и даст возможность работы бортовой аппаратуры наблюдения МКА без создания помех со стороны «отработавших» КА (рис. 1).
При развертывании предлагаемой системы плоскости орбит, МКА должны находиться в плоскости ГСО. Схемы построения ОГ МКА должны обеспечить контроль всех КО на допустимых расстояниях за заданное время.
Предлагается осуществлять обход всех КО на ГСО за п часов. Для чего необходимо, чтобы периоды обращения МКА на эллиптических орбитах были Гка = Ггсо +
-Ггсо. В частности, при п=24 (час), периоды обращения МКА должны быть равны:
Т\мка = 89754 (с) и Г2мка = 82574 (с).
Орбиты МКА с такими периодами обращения обеспечивают сдвиг МКА отно-
/360о\
сительно КО на ГСО на градусов (при п=24 на 15 градусов) в западном направ-
лении для Г1мка или в восточном направлении для Г2мка.
В результате все КО на ГСО будут просмотрены одним МКА на минимальном расстоянии в течение п=24 звездных суток.
С целью расчета вариантов ОГ МКА разработан специальный программный блок, который включен в состав программного комплекса имитационного моделирования орбитальных группировок космических аппаратов [3].
Варианты ОГ МКА с указанием временного интервала контроля всех КО на ГСО представлены на рис 2.
Для уменьшения интервалов просмотра КО на ГСО необходимо создать ОГ, в которой МКА, двигаясь на эллиптических орбитах, равномерно расположенных относительно ГСО, могут просматривать все КО на ГСО за время, меньше п=24 звездных суток.
верхняя зона точка выведения КА
о 12 шш ■----
tí " ■ -■
о 10
Í » ■-- -"
8 ó 8
3 б 7 ■
Р. с
5 I I
lililí,.
12
24
Количество МКА в ОГ
Рис. 2. Зависимость количественного состава ОГ МКА от времени просмотра всех
КО на ГСО
Таким образом, ОГ на базе МКА в количестве 24 аппаратов позволит осуществить осмотр КО на ГСО за одни звездные сутки.
Обнаружение и контроль высокоорбитальных КО позволит существенно снизить риски для действующих КА и повысить эффективность использования ГСО.
109
Список литературы
1. Власов С.А., Мамон П.А. Теория полета космических аппаратов: учебник. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2007. 435 с.
2. Баринов К.Н., Мамон П.А. Теория полета космических аппаратов: учебник. СПб.: МО СССР, 1974. 346 с.
3. Скворцов Д.В., Краснощеков С.Н., Вилисов Д.В. Программный комплекс имитационного моделирования орбитальных группировок космических аппаратов на-но-класса // Сб. алгоритмов и программ прикладных задач. СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского. 2017. Вып. 34. С. 13-21.
Краснощеков Сергей Николаевич, канд. воен. наук, старший научный сотрудник лаборатории (научно-исследовательской), vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Скворцов Дмитрий Валерьевич, канд. техн. наук, начальник отдела (научно-исследовательского), vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Попов Никита Александрович, канд. техн. наук, начальник лаборатории (научно-исследовательской), vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-Космическая академия имени А. Ф.Можайского
AN APPROACH TO THE CONSTRUCTION OF A SPACE DEBRIS CONTROL SYSTEM USING AN ORBITAL GROUPING BASED ON SMALL SPACECRAFT
S.N. Krasnoshchekov, D. V. Skvortsov, N.A. Popov
The article provides a justification for the creation of an orbital grouping based on small spacecraft that solves the problem of controlling space debris moving in the area of geostationary orbit. Calculations of viewing all space objects in geostationary orbit relative to the time and quantitative composition of the orbital grouping based on small spacecraft are given.
Key words: space debris, geostationary orbit, small spacecraft.
Krasnoshchekov Sergey Nikolaevich, candidate of military sciences, senior researcher of the research laboratory, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Skvortsov Dmitrii Valerievich, candidate of technical sciences, department of the research head, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Popov Nikita Alexandrovich, candidate of technical sciences, head of the laboratory (research), vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy
