В журнале «Aerospace» вышла статья «Attitude Dynamics of Spinning Magnetic LEO/VLEO Satellites» («Динамика углового движения вращающихся магнитных спутников на низких и сверхнизких околоземных орбитах»). Одним из авторов статьи является кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология» Сф СамГТУ Дмитрий Александрович Сизов.
Работа выполнена в соавторстве с профессором Самарского университета В.С. Аслановым, одним из крупнейших в мире специалистов по динамике углового движения космических аппаратов, методам уборки космического мусора и хаосу в динамических системах. В статье отражены результаты исследования движения произвольно вращающихся спутников на низких и сверхнизких околоземных орбитах под действием аэродинамического, гравитационного и магнитного моментов с учетом аэродинамического демпфирования.
С ростом популярности малых спутников их взаимодействие с воздухом на низких и, особенно, на сверхнизких околоземных орбитах становится значительным ресурсом для пассивной угловой стабилизации. Однако возможность возникновения вращательного движения вокруг продольной оси остается значительной проблемой для миссий, связанных с аэродинамически стабилизируемыми спутниками.
Многие спутники, летающие на низких и сверхнизких (до 450 км) околоземных орбитах, иногда имеют «оперение» — раскладные элементы, использующие эффект взаимодействия с атмосферой и помогающие спутнику ориентироваться вдоль направления орбитального движения, подобно стреле, пущенной из лука. Однако если спутник вращается вокруг своей продольной оси, как волчок, положение «носом вперед» может быть не единственным его устойчивым положением, ему может быть вполне комфортно лететь и «боком». А под действием различных возмущений, связанных, например, с влиянием магнитного поля Земли, спутник может начать непредсказуемо (хаотически) менять свою ориентацию и перемещатьсяиз одного устойчивого положения в другое. Для математического описания такого весьма непростого вращения спутника был задействован целый арсенал приемов из классической механики: уравнения Рауса, уравнения Лагранжа, разделение углового движения на невозмущенную часть и малые возмущения, выделение динамического потенциала из полной энергии и тому подобное. В результате получены дифференциальные уравнения углового движения спутника в безразмерном виде, позволяющие предсказать его поведение в широком диапазоне высот орбиты.
На примере развертываемого на манер зонта спутника показано, что в движении спутника возможны как регулярные, так и хаотические режимы. Возникновение хаоса было проверено с помощью сечений Пуанкаре. Результаты численного моделирования показали, что для предотвращения хаотического движения необходимо обеспечить активное управление ориентацией спутника и надежность развертывания стабилизирующих элементов.
СПРАВКА: «Aerospace» является высокорейтинговым рецензируемым журналом по аэронавтике и астронавтике и индексируется в Web of Science Core, где имеет наивысший квартиль Q1.
Ссылка на статью: https://www.mdpi.com/2226-4310/10/2/192
