avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-4-56-64avroen-112Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGПостроение траектории малого космического аппарата для облета базового космического аппарата с целью наружного осмотра и оценка энергетических затрат на маневр облетаConstructing the trajectory of a small spacecraft for flying around the base spacecraft for the purpose of external inspection and estimating the energy costs for the flyby maneuverРубанВ. И.RubanV. I.

РУБАН Виктор Иванович, старший научный сотрудник НИЛ «Двигательные установки микротяги малых космических аппаратов»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

RUBAN Victor Ivanovich, Senior Researcher at Small Spacecraft Microthrusters Research Laboratory

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

rubanvictor@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9309-4610БлиновВ. Н.BlinovV. N.

БЛИНОВ Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

BLINOV Viktor Nikolayevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

blinovwiktor@yandex.ruКосицынВ. В.KositsynV. V.

КОСИЦЫН Валерий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

KOSITSIN Valeriy Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

valera_kositsin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3309-4125ЛукьянчикА. И.LukyanchikA. I.

ЛУКЬЯНЧИК Антон Игоревич, старший преподаватель кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

LUKYANCHIK Anton Igorevich, Senior Lecturer of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

lukyanchik1991@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3483-4321ЯчменевП. С.YachmenevP. S.

ЯЧМЕНЕВ Павел Сергеевич, старший преподаватель кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

YACHMENEV Pavel Sergeyevich, Senior Lecturer of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

yachmenev-pavel@mail.ruСтепеньП. В.StepenP. V.

СТЕПЕНЬ Павел Валерьевич, старший преподаватель кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

STEPEN Pavel Valer’yevich, Senior Lecturer of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

stepen2@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330122023745664Copyright © Рубан В.И., Блинов В.Н., Косицын В.В., Лукьянчик А.И., Ячменев П.С., Степень П.В., 20232023Рубан В.И., Блинов В.Н., Косицын В.В., Лукьянчик А.И., Ячменев П.С., Степень П.В.Ruban V.I., Blinov V.N., Kositsyn V.V., Lukyanchik A.I., Yachmenev P.S., Stepen P.V.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/112

В работе представлена методика построения траектории облета базового космического аппарата с целью его инспектирования с помощью носимого на борту малого космического аппарата и оценка потребных запасов характеристической скорости на маневр облета. Использование методов приближенных вычислений позволило получить простейшие зависимости параметров траектории с высокой точностью. Методика позволяет не только оценить энергетические затраты на орбитальные маневры, но и позволяет рассчитать величины управляющих импульсов для реальной задачи управления движением малого космического аппарата относительно базового космического аппарата.

The paper presents a methodology for constructing a flyby trajectory of a base spacecraft for the purpose of inspecting it using a small spacecraft carried on board and estimating the required characteristic velocity reserves for the flyby maneuver. The use of approximate calculation methods made it possible to obtain the simplest dependences of trajectory parameters with high accuracy. The technique allows not only to estimate the energy costs for orbital maneuvers, but also allows one to calculate the values of control impulses for the real problem of controlling the motion of a small spacecraft relative to the base spacecraft.

малый космический аппаратбазовый космический аппараттраектория облетаорбитаманевр облетаsmall spacecraftbasic spacecraftflyby trajectoryorbitflyby maneuverРабота выполнена при финансовой поддержке Омского государственного технического университета, внутренняя НИР № 23090В «Теоретические и экспериментальные исследования опытных образцов импульсных двигательных установок для наноспутников» в рамках программы развития «Приоритет-2030».The work is carried out with the financial support of Omsk State Technical University, internal research work No. 23090B «Theoretical and experimental studies of prototypes of pulse propulsion systems for nanosatellites» within the framework of the Priority-2030 development program.ReferencesКаткалов В. Б. Космические услуги и операции: состояние и перспективы // Воздушно-космическая сфера. 2020. № 2 (103). С. 72–80. DOI: 10.30981/2587-7992-2020-103-2-72-80.Katkalov V. B. Kosmicheskiye uslugi i operatsii: sostoyaniye i perspektivy [Space services and operations. State and prospects] // Vozdushno-Kosmicheskaya Sfera. Aerospace Sphere Journal. 2020. No. 2 (103). P. 72–80. DOI: 10.30981/2587-7992-2020-103-2-72-80. (In Russ.).Гнездова Е. К. Баллистический анализ методик планирования полета космического аппарата, осуществляющего инспекцию группы объектов на геостационарной орбите // Политехнический молодежный журнал. 2018. № 11. С. 1–9. DOI: 10.18698/2541-8009-2018-11-404. EDN: YPVEYP.Gnezdova E. K. Ballisticheskiy analiz metodik planirovaniya poleta kosmicheskogo apparata, osushchestvlyayushchego inspektsiyu gruppy ob’yektov na geostatsionarnoy orbite [Ballistic analysis of flight planning techniques of a spacecraft carrying out an inspection of a group of objects in geostationary orbit] // Politekhnicheskiy Molodezhnyy Zhurnal. Politechnical Student Journal. 2018. No. 11. P. 1–9. DOI: 10.18698/2541-8009-2018-11-404. EDN: YPVEYP. (In Russ.).Hastings D. E., Putbrese B. L., La Tour P. A. When will onorbit servicing be part of the space enterprise? // Acta Astronautica. 2016. Vol. 127. P. 655666. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.07.007.Hastings D. E., Putbrese B. L., La Tour P. A. When will onorbit servicing be part of the space enterprise? // Acta Astronautica. 2016. Vol. 127. P. 655666. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.07.007. (In Engl.).Razoumny Y., Razoumny V., Kozlov P. [et al.]. Method of optimization of the servicing space-based system orbits and detached units maneuveres parameters in the problem of onorbitservicing of the givenmulti-satellite space infrastructure // Making Space Accessible and Affordable to all Countries, Guadalajara. 2016. EDN: YVLZHL.Razoumny Y., Razoumny V., Kozlov P. [et al.]. Method of optimization of the servicing space-based system orbits and detached units maneuveres parameters in the problem of onorbit-servicing of the givenmulti-satellite space infrastructure // Making Space Accessible and Affordable to all Countries, Guadalajara. 2016. EDN: YVLZHL. (In Engl.).Поздняков А. Ю., Скопинцева Л. М., Гнездова Е. К. [и др.]. Аналитические исследования вариантов организации инспекции космических аппаратов в области ГСО // Актуальные вопросы развития вооружения, военной и специальной техники войск противовоздушной и противоракетной обороны, космических войск воздушно-космических сил: материалы науч.-метод. тр. II Всерос. науч.-практ. конф., Москва, 21 апреля 2017. Москва: Издат. дом Акад. имени Н. Е. Жуковского, 2017. C. 291–297. EDN: YPIKRX.Pozdnyakov A. Yu., Skopintseva L. M., Gnezdova E. K. [et al.]. Analiticheskiye issledovaniya variantov organizatsii inspektsii kosmicheskikh apparatov v oblasti GSO [Analytical studies of options for organizing the inspection of spacecraft in the field of GSO] // Aktual’nyye Voprosy Razvitiya Vooruzheniya, Voyennoy i Spetsial’noy Tekhniki Voysk Protivovozdushnoy i Protivoraketnoy Oborony, Kosmicheskikh Voysk Vozdushno- Kosmicheskikh Sil. Current Issues in the Development of Weapons, Military and Special Equipment of the Air and Missile Defense Forces, Space Forces of the Aerospace Forces. Moscow, 2017. P. 291–297. EDN: YPIKRX. (In Russ.).Сачук Д. В., Уперчук Р. А. Расчёт баллистических характеристик орбитального движения аппарата-инспектора // Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: сб. науч. ст. по итогам 11 Международ. науч. конф., Казань, 29–30 ноября 2020. Казань: ООО «КОНВЕРТ», 2020. Т. 1. С. 236–237. EDN: RFSFTF.Sachuk D. V., Uperchuk R. A. Raschet ballisticheskikh kharakteristik orbital’nogo dvizheniya apparata-inspektora [Calculation of ballistic characteristics of the orbital motion of the inspector vehicle] // Prioritetnyye Napravleniya Innovatsionnoy Deyatel’nosti v Promyshlennosti. Priority Areas of Innovation in Industry. 2020. Vol. 52, no. 4. P. 236–237. EDN: RFSFTF. (In Russ.).Аверьянов А. В. Аналитический метод расчета движения малого космического аппарата, связанного с базовым космическим аппаратом // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2009. Т. 52, №. 4. С. 75–77. EDN: KLRWTZ.Averianov A. V. Analiticheskiy metod rascheta dvizheniya malogo kosmicheskogo apparata, svyazannogo s bazovym kosmicheskim apparatom [Analytical method for calculating the motion of a small spacecraft associated with a basic spacecraft] // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Priborostroyeniye. Journal of Instrument Engineering. 2009. Vol. 52, no. 4. P. 75–77. EDN: KLRWTZ. (In Russ.).Егоров Ю. Г., Кургузов А. В., Чернышов А. Н. О групповом полете МКА в ходе космического эксперимента «Инспектор-МКА» // Научное наследие и развитие идей К. Э. Циолковского: материалы 54-х науч. чтений памяти К. Э. Циолковского. Калуга, 17–19 сентября 2019. Калуга: АКФ Политоп, 2019. Т. 1. С. 93–94. EDN: AGDILD.Egorov Yu. G., Kurguzov A. V., Chernyshov A. N. O gruppovom polete MKA v khode kosmicheskogo eksperimenta «Inspektor-MKA» [About the group flight of the MKA during the space experiment «Inspector-MKA»] // Nauchnoye Naslediye i Razvitiye Idey K. E. Tsiolkovskogo. Scientific Heritage and Development of Ideas of K. E. Tsiolkovsky. 2019. Vol. 1. P. 93–94. EDN: AGDILD. (In Russ.).Radhakrishnan R., Edmonson W., Afghah F. [et al.]. Survey of inter-satellite communication for small satellite systems: Physical layer to network layer view // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. Vol. 18, no. 4. P. 2442–2473. DOI: 10.1109/COMST.2016.2564990.Radhakrishnan R., Edmonson W., Afghah F. [et al.]. Survey of inter-satellite communication for small satellite systems: Physical layer to network layer view // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. Vol. 18, no. 4. P. 2442–2473. DOI: 10.1109/COMST.2016.2564990. (In Engl.).«Роскосмос»: На МКС произошло повреждение обшивки космического корабля «Союз МС-22» // Военное обозрение. URL: https://topwar.ru/206856-roskosmos-na-mksproizoshlopovrezhdenie-obshivki-kosmicheskogo-korablja-sojuzms22.html (дата обращения: 20.10.2023).«Roskosmos»: Na MKS proizoshlo povrezhdeniye obshivki kosmicheskogo korablya «Soyuz MS-22» [Roscosmos: Damage to the skin of the Soyuz MS-22 spacecraft occurred on the ISS] // Voyennoye obozreniye. Top War. URL: https://topwar.ru/206856-roskosmos-na-mks-proizoshlo-povrezhdenie-obshivkikosmicheskogo-korablja-sojuz-ms-22.html (accessed: 20.10.2023). (In Russ.).Блинов В. Н., Шалай В. В., Зубарев С. И. [и др.]. Исследования электротермических микродвигателей корректирующих двигательных установок маневрирующих малых космических аппаратов: моногр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. 263 с. ISBN 978-5-8149-1710-2.Blinov V. N., Shalay V. V., Zubarev S. I. [et al.]. Issledovaniya elektrotermicheskikh mikrodvigateley korrektiruyushchikh dvigatel’nykh ustanovok manevriruyushchikh malykh kosmicheskikh apparatov [Research of electrothermal micromotors for corrective propulsion systems of maneuvering small spacecraft]. Omsk, 2014. 263 p. ISBN 978-5-8149-1710-2. (In Russ.).Анищук Е. К., Гематудинов Р. А. Маневрирование космических аппаратов // E-Scio. 2021. № 3 (54). С. 112–120. EDN: QEFOGN.Anishchuk E. K., Gematudinov R. A. Manevrirovaniye kosmicheskikh apparatov [Maneuvering spacecraft] // E-Scio. E-Scio. 2021. No. 3 (54). P. 112–120. EDN: QEFOGN. (In Russ.).Lev D. Heated Gas Propulsion System Conceptual Design for the SAMSON Nano-Satellite (Propulsion) // Journal of Small Satellites. 2017. Vol. 6, no. 1. P. 551–564.Lev D. Heated Gas Propulsion System Conceptual Design for the SAMSON Nano-Satellite (Propulsion) // Journal of Small Satellites. 2017. Vol. 6, no. 1. P. 551–564. (In Engl.).Lemmer K. Propulsion for CubeSats // Acta Astronautica. 2017. Vol. 134. P. 231–243. DOI: 10.1016/J.ACTAASTRO.2017.01.048.Lemmer K. Propulsion for CubeSats // Acta Astronautica. 2017. Vol. 134. P. 231–243. DOI: 10.1016/J. ACTAASTRO.2017.01.048. (In Engl.).Газовые двигатели. URL: https://spacepi.space/wiki/article/gazovye-dvigateli (дата обращения: 28.10.2023).Gazovyye dvigateli [Gas engine]. URL: https://spacepi.space/wiki/article/gazovye-dvigateli (accessed: 28.10.2023). (In Russ.).ГОСТ 25645.301-83. Расчеты баллистические искусственных спутников Земли. Методика расчёта затрат топлива на маневр. Введ. 1995–01–01. Москва: Изд-во стандартов, 1984. 148 с.GOST 25645.301-83. Raschety ballisticheskiye iskusstvennykh sputnikov Zemli. Metodika rascheta zatrat topliva na manevr [Ballistic calculations of artificial Earth satellites. Methodology for calculating fuel costs for a maneuver]. Moscow, 1984. 148 p. (In Russ.).Нариманова Г. С., Тихонравова М. К. Основы теории полёта космических аппаратов. Москва: Машиностроение, 1972. 608 с.Narimanova G. S., Tikhonravova M. K. Osnovy teorii poleta kosmicheskikh apparatov [Fundamentals of spacecraft flight theory]. Moscow, 1972. 608 p. (In Russ.).Корн Г., Корн Т. Справочник по высшей математике для научных работников и инженеров. Москва: Наука, 1973. 832 с.Korn G., Korn T. Spravochnik po vysshey matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov [Handbook of Higher Mathematics for researchers and engineers]. Moscow, 1973. 832 p. (In Russ.).

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