Динамика космических систем

Динамика и управление орбитальным и угловым движением

Грант РНФ № 14-11-00621 "Разработка новых динамических моделей и алгоритмов управления орбитальным и вращательным движением малых космических аппаратов для перспективных миссий к Луне, планетам и малым телам Солнечной системы"

Срок выполнения: июль 2014 – декабрь 2018

Организация, где выполняется работа: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Руководитель – д.ф.-м.н. М.Ю. Овчинников

 Аннотация 

      Потребность в новых знаниях о Солнечной системе и Вселенной побуждает к развитию инструментов исследования ближнего и дальнего космоса. Ключевую роль в этом играют современные космические аппараты (КА), позволяющие выводить научные приборы за пределы земной атмосферы и доставлять на орбиты вокруг Земли, других планет и их спутников, комет и астероидов. Любая миссия начинается с выяснения вопроса о ее физической, инженерной и технологической реализуемости: необходимо ответить на вопрос, позволяют ли имеющиеся технические средства – двигатели и другие исполнительные органы, энергетические и коммуникационные системы – решить задачу баллистико-навигационного обеспечения миссии. 

      Современный тренд на миниатюризацию КА порождает дополнительные, зачастую определяющие всю схему построения и реализации миссии, трудности: малые объем и масса КА в сочетании с жесткими ограничениями на бортовую энергетику заставляют искать нестандартные, экономичные способы управления движением, привлекать сложные математические методы небесной механики и теории динамических систем. Неоценимую помощь оказывают такие естественные механизмы «транспорта» в Солнечной системе, как гравитационные маневры у планет и их спутников, а также устойчивые и неустойчивые инвариантные многообразия, ассоциированные с (квази)периодическими орбитами в окрестности точек либрации систем Солнце-планета и планета-спутник. Кроме того, на смену обычным химическим двигателям большой тяги постепенно приходят электрореактивные двигатели малой тяги, обладающие высоким удельным импульсом и потому требующие совсем немного топлива. Из перспективных, только набирающих популярность способов управления движением малых КА можно выделить солнечный парус, использующий неограниченный ресурс в виде давления солнечного излучения.  

      Предлагаемый проект направлен на разработку новых методов баллистического проектирования миссий к небесным телам Солнечной системы с использованием выше перечисленных экономичных средств и механизмов управления движением КА. Здесь востребованы и новые модели, адекватно передающие сложную нелинейную динамику задачи, и алгоритмы поддержания и коррекции траекторий, и алгоритмы управления вращательным (угловым) движением КА в течение достаточно длительных периодов активного орбитального маневрирования. Накопленный научным коллективом опыт и фундаментальные результаты, полученные при выполнении работ по программам Президиума РАН, государственным грантам и контрактам с Роснаукой и Минобрнауки, грантам РФФИ и других фондов, хоздоговорам с российскими и зарубежными научными учреждениями и университетами, занимающимися проблематикой полетов малых КА в дальний космос, свидетельствуют о его готовности к выполнению заявленного проекта. Участие руководителя проекта в работе комитетов и комиссий Международной академии астронавтики и Международной астронавтической федерации, а также активное участие исполнителей проекта в международных конгрессах и конференциях позволяют быть в курсе современных потребностей потенциальных заказчиков и возможностей отечественных и зарубежных коллективов, занимающихся аналогичной тематикой.


Публикации по теме проекта:

Maksim Shirobokov and Sergey Trofimov
Low-Thrust Transfers to Near-Moon Orbits from Lunar L1/L2 Halo Orbits // Cosmic Research, 2019 (в печати)

Danil Ivanov, Mikhail Ovchinnikov, and Marianna Sakovich
Relative Pose and Inertia Determination of Unknown Satellite Using Monocular Vision // International Journal of Aerospace Engineering, 2018, Vol. 2018, Article ID 9731512, 9 p.

Danil Ivanov, Mikhail Koptev, Mikhail Ovchinnikov, Stepan Tkachev, Nikolay Proshunin, and Mark Shachkov
Flexible Microsatellite Mock-Up Docking with Non-Cooperative Target on Planar Air Bearing Test Bed // Acta Astronautica, 2018, Vol. 153, pp. 357-366

Sergey Trofimov, Maksim Shirobokov, Anastasia Tselousova, and Mikhail Ovchinnikov
Transfers Between Near-Rectilinear Halo Orbits and the Moon // Proceedings of the 69th International Astronautical Congress, Bremen, Germany, October 1-5, 2018, Paper IAC-18-C1.8.10 (в печати)

Yaroslav Mashtakov, Stepan Tkachev, and Mikhail Ovchinnikov
Use of External Torques for Desaturation of Reaction Wheel // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2018, Vol. 41, No. 8, pp. 1663-1674

Maksim Shirobokov, Sergey Trofimov, and Mikhail Ovchinnikov
Design of Interplanetary Trajectories with Passive Gravity Assists and Deep Space Maneuvers // Cosmic Research, 2018, Vol. 56, No. 4, pp. 317-330

Yaroslav Mashtakov, Stepan Tkachev, and Mikhail Ovchinnikov
Usage of Solar and Gravitational Torques for Reaction Wheels Desaturation // Proceedings of the 68th International Astronautical Congress, Adelaide, Australia, September 25-29, 2017, Paper IAC-17-C1.2.3, published by International Astronautical Federation & Curran Associates, 2018, Vol. 11, pp. 6888-6896

Maksim Shirobokov, Sergey Trofimov, and Mikhail Ovchinnikov
Station-Keeping of Sun-Venus L2 Libration Point Orbits for a Prospective Space Observatory Mission // Proceedings of the 68th International Astronautical Congress, Adelaide, Australia, September 25-29, 2017,
Paper IAC-17-C1.7.4, published by International Astronautical Federation & Curran Associates, 2018, Vol. 11,
pp. 7391-7408

Maksim Shirobokov, Sergey Trofimov, and Mikhail Ovchinnikov
Pareto-Optimal Low-Thrust Lunar Transfers with Resonant Encounters // Advances in the Astronautical Sciences, 2018, Vol. 161, pp. 485-498

Sergey P. Trofimov and Mikhail Yu. Ovchinnikov
Performance Scalability of Square Solar Sails // Journal of Spacecraft and Rockets, 2018, Vol. 55, No. 1, pp. 241-245

Maksim Shirobokov, Sergey Trofimov, and Mikhail Ovchinnikov
Survey of Station-Keeping Techniques for Libration Point Orbits // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, Vol. 40, No. 7, pp. 1794-1803

Иванов Д.С., Меус С.В., Овчинников А.В., Овчинников М.Ю., Шестаков С.А., Якимов Е.Н.
Методы определения колебательных движений и идентификации параметров космических аппаратов с гибкими элементами конструкции // Известия РАН. Теория и системы управления, 2017, № 2, с. 144-161

Mikhail Ovchinnikov, Stepan Tkachev, Dmitry Roldugin, Anna Nuralieva, and Yaroslav Mashtakov
Angular Motion Equations for a Satellite with Hinged Flexible Solar Panel // Acta Astronautica, 2016, Vol. 128,
pp. 534-539

Roman Yelnikov, Yaroslav Mashtakov, Mikhail Ovchinnikov, and Stepan Tkachev
Orbital and angular motion construction for low thrust interplanetary flight // Cosmic Research, 2016, Vol. 54,
No. 6, pp. 483-490

Maksim Shirobokov, Sergey Trofimov, and Mikhail Ovchinnikov
Recovery of Halo Orbit Missions in Case of Contingent Station-Keeping Maneuver Delay 
// Advances in Space Research, 2016, Vol. 58, No. 9, pp. 1807-1818

Maksim Shirobokov and Sergey Trofimov
Parametric Analysis of Low-Thrust Lunar Transfers with Resonant Encounters // Advances in the Astronautical Sciences, 2016, Vol. 158, pp. 579-603

Sergey P. Trofimov and Mikhail Yu. Ovchinnikov
Optimal Multiple-Impulse Circular Orbit Phasing // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2016, Vol. 39,
No. 7, pp. 1675-1678

Sergey Trofimov and Mikhail Ovchinnikov
Fast and Efficient Sail-Assisted Deorbiting Strategy for LEO Satellites in Orbits Higher Than 700 km // Advances in the Astronautical Sciences, 2016, Vol. 156, pp. 1869-1888

Mikhail Ovchinnikov, Maksim Shirobokov, and Sergey Trofimov
Recovery of Lunar Libration Point Missions in Case of Contingency Correction Maneuver Delay // Proceedings of the 66th International Astronautical Congress, Jerusalem, Israel, October 12-16, 2015, Paper IAC-15-C1.7.5, published by International Astronautical Federation & Curran Associates, 2016, Vol. 8, pp. 5771-5791

Maksim Shirobokov and Sergey Trofimov
Thruster Failure Recovery Strategies for Libration Point Missions // Advances in the Astronautical Sciences, 2015, Vol. 153, pp. 1383-1392

Danil Ivanov, Mikhail Ovchinnikov, Nikita Ivlev, and Stanislav Karpenko
Analytical Study of Microsatellite Attitude Determination Algorithms // Acta Astronautica, 2015, Vol. 116, pp. 339-348

Mikhail Ovchinnikov, Dmitry Roldugin, and Vladimir Penkov
Three-Axis Active Magnetic Attitude Control Asymptotical Study // Acta Astronautica, 2015, Vol. 110, pp. 279-286

Mikhail Ovchinnikov, Dmitry Roldugin, Stepan Tkachev, and Stanislav Karpenko
New One-Axis One-Sensor Magnetic Attitude Control Theoretical and In-Flight Performance // Acta Astronautica, 2014, Vol. 105, pp. 12-16


Видео по теме проекта:

Интервью руководителя проекта М.Ю. Овчинникова о перспективах малых межпланетных КА


Назад к списку грантов РНФ и РФФИ