Наука и технологии России

Вход Регистрация

Вон с околоземной орбиты!

Ученые из Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева создали модель поведения космической капсулы при её неуправляемом спуске в атмосферу Земли. В статье, опубликованной в журнале Journal of Guidance, Control, and Dynamics, рассматривается неуправляемый спуск космической капсулы в атмосферу.

Космический_мусор Космический мусор. Источник

Современные спускаемые капсулы имеют, как правило, затупленную форму, что создаёт предпосылки для хаотического движения в атмосфере при неуправляемом спуске. В результате тело может начать кувыркаться, и спуск становится сложно прогнозируемым. Учёные предложили методику подборки демпфирования (искусственного подавления колебаний), достаточного для устранения хаоса. Необходимый уровень демпфирования может быть обеспечен, например, перераспределением масс внутри тела, либо изменением его формы.

В рамках исследования была выведена математическая модель, описывающая движение асимметричного тела в атмосфере. Получен критерий, позволяющий установить наличие хаотического режима движения на траектории спуска. Предложена методика подбора демпфирования, исключающего возможность появления хаоса на всей траектории спуска.

«Методами хаотической динамики исследовано неуправляемое движение космического аппарата при спуске в земной атмосфере. Модельным объектом служили конусообразные спускаемые капсулы со сферическим затуплением и смещенным центром масс, широко использующиеся в космонавтике. Найдены критерии возникновения хаоса и представлены результаты численного моделирования, подтверждающие справедливость полученных решений», — рассказал заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета имени С.П. Королева Владимир Асланов.

По его словам,

полученные решения и данные рекомендации будут полезны при анализе спуска в атмосферу Земли космических аппаратов и увода отработанных элементов космических систем как космического мусора.

«Исследования, в том числе, направлены решение общемировой проблемы – освобождения космического пространства от космического мусора», — говорит Владимир Асланов.

космическая_капсула

Модель космической капсулы со сферическим затуплением. Источник: Владимир Асланов

Спуск аппарата в атмосферу планеты является заключительной фазой значительной части космических программ. От этого этапа зависит успех всей космической экспедиции. Принято считать условной границей атмосферы высоту около 100 км, при этом скорость космического аппарата составляет порядка 7.8 км/сек и более. Спуском завершают свое существование на орбите все космические объекты. С момента запуска Первого Советского Спутника в 1957 году более 6800 космических аппаратов были запущены на орбиты Земли, из них около 3200 остаются в околоземном пространстве, и только 7% из них -- в рабочем состоянии. Остальные 93% — это нефункционирующие спутники и ступени ракетоносителей, известные как космический мусор.

Под действием разряженной атмосферы высота орбиты любого объекта на околоземной орбите медленно уменьшается. Рано или поздно все космические объекты войдут в атмосферу и упадут на Землю. Но если космический аппарат находится на высоте 200 км от поверхности Земли, то он войдет в атмосферу и прекратит свое существование через 2-4 суток, а если высота 500 км, то срок существования увеличивает до 25 лет, а если высота 1000км, то срок существования увеличивает до 2000 лет и т.д.

Столкновение космического мусора с активными спутниками или нефункционирующими объектами приводит к увеличению космического мусора. Так в 2009 году на высоте около 790 километров зафиксирован первый случай столкновения двух искусственных спутников в космосе: спутника «Космос-2251», запущенного в 1993 году и американского спутника "Иридиум". В результате столкновения образовалось около 600 крупных обломков и  более 5000 маленьких объектов. Если так пойдёт и дальше, от подобных столкновений космос может стать непригодным для полезного использования. Отсюда ясно, что одна и актуальных проблем, которые стоят перед Человечеством - удаление (или уборка) космического мусора. И для крупногабаритного мусора реальный путь только один: доставить каким-то образом космический мусор до границе атмосфере, а далее - спуск в атмосферу. Уже зафиксировано несколько случаев падение космического мусора. Попадание такого объекта в населённый район может обернуться трагедией, поэтому важной является задача прогнозирования вероятных траекторий спуска космического мусора. Именно неуправляемому спуску объекта в атмосфере Земли и посвящена работа по проекту РНФ.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 1

Обсуждение