Магнито-электро-механические взаимодействия и их использование в динамике космических аппаратов
Автор: Алексей Александрович Тихонов
Организация: Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Рис. 1. КА на околоземной орбите в гравитационном и магнитном полях Земли
Фундаментальной основой динамики космических аппаратов (КА), движущихся в околоземном пространстве, является взаимодействие КА с силовыми полями, существенными в этой области космического пространства. Наиболее значимыми являются гравитационное поле Земли, определяющее орбитальное движение КА, но используемое в то же время и для влияния на вращательное движение КА относительно его центра масс, и магнитное поле Земли, существенно влияющее на вращательное движение КА относительно его центра масс и пока еще мало используемое для влияния на орбитальное движение КА. Следует также учитывать и наличие разреженной плазмы в околоземном пространстве, что вызывает неизбежное накопление электрических зарядов на поверхности КА. В результате, движение КА в суперпозиции упомянутых силовых полей с учетом плазмосферы Земли порождает не только трудности аналитического исследования задач динамики КА, но и широкие возможности для использования возникающей таким образом связки магнитных, электрических и механических взаимодействий для реализации разнообразных и весьма нетривиальных движений КА.
Рассматриваются некоторые из этих возможностей в контексте их исторического развития – от первых систем гравитационной стабилизации КА в орбитальной системе координат XYZ (рис.1) до электродинамической системы управления связкой КА в околоземном пространстве. Анализируются принципы работы систем управления (пассивных и активных) угловой ориентацией и стабилизацией КА, создающих восстанавливающие и демпфирующие моменты за счет использования магнито-электро-механических эффектов: раскрываемые гравитационные штанги с поплавковыми магнитными демпферами и гистерезисными стержнями, магнитные системы управления, электродинамические системы управления, электродинамические тросовые системы.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-21-00104, https://rscf.ru/project/24-21-00104/
1. Антипов К.А., Тихонов А.А. Электродинамическое управление в задаче о стабилизации косми¬ческого аппарата в геомагнитном поле // Космические Исследования, 2014, Т. 52, № 6, С. 512-520.
2. Тихонов А.А. Метод управления для угловой стабилизации электродинамической тросовой системы // Автоматика и телемеханика, 2020, № 2, С. 91-114.
3. Tikhonov A.A. Natural Magneto-velocity Coordinate System for Satellite Attitude Stabilization: The Concept and Kinematic Analysis // Journal of Applied and Computational Mechanics, 2021, Т. 7, № 4. С. 2113-2119.
4. Тихонов А.А. Динамика твердого тела от уравнений Эйлера до управления угловым движением ИСЗ в трудах ученых СПбГУ. Ч. 2 // Вестник СПбГУ. Математика. Механика. Астрономия. 2024. Т. 11. Вып. 2. С. 259-302.
