avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-3-70-81OGSFTSavroen-111Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGИсследование проектно-конструкторского облика декартовой двигательной установки автономного стыковочного модуля для захвата мишениDesign and development of Cartesian propulsion system of the autonomous docking module for target acquisitionhttps://orcid.org/0000-0002-8444-6880ТрушляковВ. И.TrushlyakovV. I.

Трушляков Валерий Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Авиа- и ракетостроение»

AuthorID (РИНЦ): 9914

AuthorID (SCOPUS): 35792803600

ResearcherID: D-7270-2015

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Trushlyakov Valeriy Ivanovich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Aircraft and Rocket Building Department

AuthorID (RSCI): 9914

AuthorID (SCOPUS): 35792803600

ResearcherID: D-7270-2015

Omsk, Prospect Mira, 11, 644050

vatrushlyakov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3244-017XЮдинцевВ. В.YudintsevV. V.

Юдинцев Вадим Вячеславович, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Парогазовые смеси в конструкциях ракет-носителей»

AuthorID (SCOPUS): 36676070000

ResearcherID: N-1367-2014

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Yudintsev Vadim Vyacheslavovich, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Senior Researcher at the Research Laboratory «Steam and Gas Mixtures in Launch Vehicle Designs»

AuthorID (SCOPUS): 36676070000 ResearcherID: N-1367-2014

Omsk, Prospect Mira, 11, 644050

yudintsev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8837-7050УрбанскийВ. А.UrbanskyV. A.

Урбанский Владислав Александрович, аспирант кафедры «Авиа- и ракетостроение»

AuthorID (РИНЦ): 978934

ResearcherID: AAX-1703-2021

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Urbansky Vladislav Alexandrovich, Graduate Student of Aircraft and Rocket Building Department

AuthorID (RSCI): 978934

ResearcherID: AAX-1703-2021

Omsk, Prospect Mira, 11, 644050

vladurba95@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9641-5459ОнищукС. Ю.OnishchukS. Yu.

Онищук Сергей Юрьевич, аспирант кафедры «Авиа- и ракетостроение»

AuthorID (РИНЦ): 979474

AuthorID (SCOPUS): 57211128570

ResearcherID: D-9183-2019

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Onishchuk Sergei Yurievich, Graduate Student of Aircraft and Rocket Building Department

AuthorID (RSCI): 979474

AuthorID (SCOPUS): 57211128570

ResearcherID: D-9183-2019

Omsk, Prospect Mira, 11, 644050

onishchuksy@gmail.comКленинД. А.KleninD. A.

Кленин Данила Андреевич, лаборант научно-исследовательской лаборатории «Парогазовые смеси в конструкциях ракет-носителей»

AuthorID (РИНЦ): 1210637

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Klenin Danila Andreyevich, Laboratory Assistant at the Research Laboratory «Steam and Gas Mixtures in Launch Vehicle Designs»

AuthorID (RSCI): 1210637

Omsk, Prospect Mira, 11, 644050

klenin.d37@gmail.comОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330092023737081Copyright © Трушляков В.И., Юдинцев В.В., Урбанский В.А., Онищук С.Ю., Кленин Д.А., 20232023Трушляков В.И., Юдинцев В.В., Урбанский В.А., Онищук С.Ю., Кленин Д.А.Trushlyakov V.I., Yudintsev V.V., Urbansky V.A., Onishchuk S.Y., Klenin D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/111

Предложена концепция построения орбитального комплекса для оперативного перехвата мишени, включающая в свой состав метод баллистического построения оперативного перехвата, рекомендации к проектно-конструкторскому облику декартовой двигательной установки автономного стыковочного модуля, функционирующей на этапе ближнего наведения при доставке троса от разгонного блока к мишени, на этапе захвата и перевода мишени на орбиту утилизации в составе вращающейся тросовой космической системы. В качестве критерия выбора проектно-конструкторского облика декартовой двигательной установки (запасы топлива, тяга каждой камеры и их количество, минимальное изменение координат центра масс автономного стыковочного модуля на всем интервале работы декартовой двигательной установки) принята минимальная масса автономного стыковочного модуля. Для сравнения рассматривается два метода построения баллистической схемы перехвата мишени: классический, с выходом орбитального комплекса на орбиту мишени с нулевыми относительными скоростями и метод на основе использования вращающейся тросовой космической системы, с выходом орбитального комплекса на орбиту перехвата мишени со скоростями в точке встречи до 200 м/с.

The concept of building an orbital complex for operational interception of a target is proposed, including in its composition the method of ballistic construction of operational interception, recommendations to the design appearance of the Cartesian propulsion system of the autonomous docking module, functioning at the stage of close-in guidance during tether delivery from the upper stage to the target, at the stage of capture and transfer of the target to the disposal orbit as part of the rotating tether space system. As a criterion for selecting the Cartesian propulsion system design (fuel reserves, thrust of each chamber and their number, minimum change in the coordinates of the autonomous docking module center of mass over the entire interval of Cartesian propulsion system operation), the minimum mass of the autonomous docking module is taken. For comparison, two methods of constructing the ballistic scheme of target intercept are considered: the classical method, with the orbital complex entering the target orbit with zero relative velocities, and the method based on the use of rotating tether space system, with the orbital complex entering the target intercept orbit with velocities at the rendezvous point of up to 200 m/s.

декартовая двигательная установкаразгонный блокавтономный стыковочный модульвращающаяся тросовая космическая системамишеньзахваторбита утилизацииCartesian propulsion systemupper stageautonomous docking modulerotating tether space systemtargetcapturedisposal orbitРабота выполнена при поддержке гранта Мин обрнауки РФ «Приоритет-2030» в рамках НИР № 23101В.The work was supported by the grant of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation «Priority-2030» within the framework of NIR № 23101B.ReferencesKessler D. J., Cour-Palais B. G. Collision frequency of artificial satellites: The creation of a debris belt // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 1978. Vol. 83, no. A6. P. 2637–2646. DOI: 10.1029/JA083iA06p02637.Kessler D. J., Cour-Palais B. G. Collision frequency of artificial satellites: The creation of a debris belt // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 1978. Vol. 83, no. A6. P. 2637–2646. DOI: 10.1029/JA083iA06p02637. (In Engl.).Schaub H., Jasper L. E. Z., Anderson P. V. [et al.]. Cost and risk assessment for spacecraft operation decisions caused by the space debris environment // Acta Astronautica. 2015. Vol. 113. P. 66–79. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.03.028.Schaub H., Jasper L. E. Z., Anderson P. V. [et al.]. Cost and risk assessment for spacecraft operation decisions caused by the space debris environment // Acta Astronautica. 2015. Vol. 113. P. 66–79. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.03.028. (In Engl.).Трушляков В. И., Юдинцев В. В., Урбанский В. А. Онищук С. Ю. Анализ состояния разработок средств очистки орбит в околоземном космическом пространстве от объектов крупногабаритного космического мусора // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 4. С. 42–52. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-4-42-52. EDN: EETJHM.Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V., Urbansky V. A. [et al.]. Analiz sostoyaniya razrabotok sredstv ochistki orbit v okolozemnom kosmicheskom prostranstve ot ob”yektov krupnogabaritnogo kosmicheskogo musora [The analysis of the state of development of devices for cleaning orbits in near-Earth space from large-sized space debris objects] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, no. 4. P. 42–52. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-4-42-52. EDN: EETJHM. (In Russ.).Технические характеристики транспортного грузового корабля «Прогресс МС». РКК «Энергия» им. С. П. Королева. URL: https://www.energia.ru/ru/spaceactivities/progress-ms/specifications.html (дата обращения: 07.08.2023).Tekhnicheskiye kharakteristiki transportnogo gruzovogo korablya «Progress MS». RKK «Energiya» im. S.P. Koroleva. [Technical characteristics of the Progress MS transport cargo spacecraft. RSC Energia named after S. P. Korolev]. URL: https://www.energia.ru/ru/spaceactivities/progress-ms/specifications.html (accessed: 07.08.2023). (In Russ.).Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V. Rotary Space Tether System for Active Debris Removal // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2020. Vol. 43, no. 2. P. 354–364. DOI: 10.2514/1.G004615.Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V. Rotary Space Tether System for Active Debris Removal // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2020. Vol. 43, no. 2. P. 354–364. DOI: 10.2514/1.G004615. (In Engl.).Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V. Dynamics of rotating tethered system for active debris removal // Acta Astronautica. 2022. Vol. 195. P. 405–415. DOI: 10.1016/j.actaastro.2022.03.023.Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V. Dynamics of rotating tethered system for active debris removal // Acta Astronautica. 2022. Vol. 195. P. 405–415. DOI: 10.1016/j.actaastro.2022.03.023. (In Engl.).Anselmo L., Pardini C. Ranking upper stages in low Earth orbit for active removal // Acta Astronaut. 2016. Vol. 122. P. 19–27. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.01.019.Anselmo L., Pardini C. Ranking upper stages in low Earth orbit for active removal // Acta Astronaut. 2016. Vol. 122. P. 19–27. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.01.019. (In Engl.).Центр Хруничева и НИЦ РКП. Успешные огневые стендовые испытания агрегатного модуля ракеты-носителя «Ангара». URL: https://www.roscosmos.ru/24356/ (дата обращения: 19.08.2023).Tsentr Khrunicheva i NITs RKP. Uspeshnyye ognevyye stendovyye ispytaniya agregatnogo modulya rakety-nositelya «Angara». [Khrunichev Center and SIC RKP. Successful firing bench tests of the aggregate module of the Angara launch vehicle]. URL: https://www.roscosmos.ru/24356/ (accessed: 19.08.2023). (In Russ.).«Орёл» — новый КК России. URL: https://habr.com/ru/companies/first/articles/684124/ (дата обращения: 19.08.2023)«Orël» – novyy KK Rossii. [«Oryol» – Russia's new spacecraft]. URL: https://habr.com/ru/companies/first/articles/684124/ (accessed: 19.08.2023). (In Russ.).Сихарулидзе Ю. Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов. Москва: БИНОМ, 2014. 407 с. ISBN 978-5-9963-0531-5.Sikharulidze Yu. G. Ballistika i navedeniye letatel’nykh apparatov [Ballistics and guidance of aircraft]. Moscow, 2014. 407 p. ISBN 978-5-9963-0531-5. (In Russ.).Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V. Method of Active Debris Removal Using Rotating Space Tether System // First Int'l. Orbital Debris Conf., December 2019. URL: https://www.hou.usra.edu/meetings/orbitaldebris2019/orbital2019paper/pdf/6167. pdf(дата обращения: 19.08.2023).Trushlyakov V. I., Yudintsev V. V. Method of Active Debris Removal Using Rotating Space Tether System // First Int'l. Orbital Debris Conf., December 2019. URL: https://www.hou.usra.edu/meetings/orbitaldebris2019/orbital2019paper/pdf/6167.pdf (accessed: 19.08.2023). (In Engl.).Бурдаев М. Н. О поиске новых методов и форм решения уравнения Ламберта–Эйлера // Программные системы: теория и приложения. 2018. Т. 9, № 4 (39). С. 293–305. DOI: 10.25209/2079-3316-2018-9-4-293-305.Burdaev М. N. O poiske novykh metodov i form resheniya uravneniya Lamberta–Eylera [About finding new methods and forms of solving the Euler-Lambert equation] // Programmnyye Sistemy: Teoriya i Prilozheniya. Program Systems: Theory and Applications. Vol. 9, no. 4 (39). P. 293–305. DOI: 10.25209/2079-3316-2018-9-4-293-305. (In Russ.).Nosseir A. E. S., Cervone A., Pasini A. Review of State-of-the-Art Green Monopropellants: For Propulsion Systems Analysts and Designers // Aerospace. 2021. Vol. 8, no. 1. 20 р. DOI: 10.3390/aerospace8010020.Nosseir A. E. S., Cervone A., Pasini A. Review of State-of-the-Art Green Monopropellants: For Propulsion Systems Analysts and Designers // Aerospace. 2021. Vol. 8, no. 1. 20 р. DOI: 10.3390/aerospace8010020. (In Engl.).Cassese S., Gallo G., Mungiguerra S. [et al.]. Preliminary Design And Study of 5N HTP Monopropellant Thruster for Small Satellites // Acta Astronautica. 2022. Vol. 202. P. 94–103. DOI: 10.1016/j.actaastro.2022.10.006.Cassese S., Gallo G., Mungiguerra S. [et al.]. Preliminary Design And Study of 5N HTP Monopropellant Thruster for Small Satellites // Acta Astronautica. 2022. Vol. 202. P. 94–103. DOI: 10.1016/j.actaastro.2022.10.006. (In Engl.).Гусейнов Ш. Л., Федоров С. Г., Косых В. А. [и др.]. Катализаторы разложения пероксида водорода, используемые в ракетных двигателях // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93, № 4, C. 459–482. DOI: 10.31857/S0044461820040015. EDN: AAFAOK.Guseinov S. L., Fedorov S. G., Kosykh V. A. [et al.]. Katalizatory razlozheniya peroksida vodoroda, ispol’zuyemyye v raketnykh dvigatelyakh [Hydrogen peroxide decomposition catalysts used in rocket engines] // Zhurnal Prikladnoy Khimii. Russian Journal of Applied Chemistry. 2020. Vol. 93, no. 4. P. 467–487. DOI: 10.31857/S0044461820040015. EDN: AAFAOK. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.