СПОСОБ ОЧИСТКИ ОРБИТЫ МНОГОМОДУЛЬНЫМ КОСМИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ
METHOD FOR CLEANING ORBIT USING MULTIMODULE SPACE COMPLEX

Изобретение относится к космической технике и может быть применено для решения задач сведения КА с орбиты, инспекции, контроля КА на орбите, в том числе геостационарной (ГСО), решения других задач, требующих контактного взаимодействия с КА.
Известны устройства и способы сведения с орбиты КА путем контактного взаимодействия с ними, в том числе на встречных курсах. Например, ближайший аналог, устройство многомодульного космического аппарата (МКА) и способ очистки ГСО (патент АО «ВПК «НПО машиностроения» от 16.04.2014 №2573015). В соответствии с устройством на борту космического аппарата (КА) размещено не менее одного модуля автономного маневрирования с двигательной установкой, системой управления, головкой самонаведения, с возможностью отделения модуля в заданный момент времени.
В соответствии со способом очистки ГСО от антропогенных объектов проводят запуск многомодульного космического аппарата (МКА) на дежурную орбиту, находящуюся в одной плоскости с ГСО, во встречном направлении полета, с наземного пункта управления передают МКА целеуказание - данные о координатах сводимого КА (СКА) и времени физического контакта с ним, при прохождении МКА по дежурной орбите более одного витка с помощью аппаратуры МКА автономно находят заданный СКА и уточняют параметры его орбиты, рассчитывают параметры маневра для физического контакта с СКА, отделяют один из модулей автономного маневрирования для совершения маневра, физического контакта с СКА и сведения его с ГСО.
Указанное техническое решение отличается «традиционностью» подхода к созданию комплекса - модули, системы целеуказания, телеметрии и другие обеспечивающие системы размещены на базовом блоке МКА. Такой подход обуславливает и недостаток технического решения - относительно невысокую надежность комплекса на одной базе - выход из строя подсистем МКА или модулей как вследствие дефектов производства, так и внешнего воздействия ставит под угрозу работоспособность всей системы.
Перспективным вариантом решения проблемы является создание многомодульного космического аппарата (МКА) как комплекса в виде группы КА, следующих в непосредственной близости друг от друга. Известны подходы к созданию комплексов в виде группы КА - например, способ обеспечения долговременного функционирования на орбите системы автоматических космических аппаратов (патент АО «ВПК «НПО машиностроения» от 06.09.2016 №2598682), включающий, при отказе на орбите целевого КА, запуск группы из двух спутников - резервного целевого и сервисного. При этом исследование состояния отказавшего КА, а также управление стыковкой с ним сервисного КА для увода с рабочей орбиты осуществляют дистанционно, с использованием аппаратуры резервного целевого КА. Техническая реализация такого подхода - как единого комплекса из двух автоматических КА также обладает важным недостатком - узкой специализацией каждого КА - выход из строя любого в паре КА ведет к невыполнению задачи всего комплекса.
Технической задачей изобретения является создание способа очистки орбиты многомодульным космическим комплексом в составе базового КА и модулей автономного маневрирования, обладающего повышенной надежностью и устойчивостью к внешним воздействиям, а также уточняющего процедуру управления отделением модуля от МКА и его запуска к СКА.
Указанная техническая задача решается тем, что в предлагаемом способе очистки орбиты от космического мусора многомодульным космическим комплексом, включающем запуск космического аппарата с модулями автономного маневрирования, оснащенными двигательной установкой, системами управления и самонаведения, полезной нагрузкой на дежурную орбиту, компланарную и близкую по высоте к орбите нахождения сводимого КА, передачу на МКА с наземного пункта управления целеуказания, автономные обнаружение СКА и расчет параметров маневра модуля, передачу целеуказания и параметров маневра на один из модулей, отделение его от МКА с последующим маневром для сближения и физического контакта с СКА и сведения его с орбиты, при достижении МКА дежурной орбиты последовательно отделяют модули автономного маневрирования и располагают на орбите полета МКА на дистанции от него, не превышающей дальности действия системы самонаведения модуля, при этом угловое отклонение от траектории полета и дистанцию до МКА определяют с помощью системы самонаведения модуля, запуск модулей к СКА производят последовательно, начиная с ближайшего к МКА модуля, передачу модулю целеуказания и параметров маневра осуществляют от МКА дистанционно, а в случае неисправности МКА передачу целеуказания осуществляют дистанционно с космического аппарата, не входящего в состав комплекса, при этом расчет параметров маневра осуществляют на борту модуля.
Схема реализации способа очистки орбиты приведена на фиг.1.
Приняты обозначения:
1 - Земля;
2- СКА;
3- МКА;
4- МКА после отделения модулей автономного маневрирования (базовый блок);
5 - модуль автономного маневрирования;
6 - система наведения модуля автономного маневрирования;
7 - аппаратура навигации МКА;
8 - КА связи и передачи команд, не входящий в состав комплекса;
9 - орбита СКА;
10- орбита МКА;
11 - орбита КА связи и передачи команд, не входящего в состав комплекса.
Изобретение может применяться для очистки орбиты Земли (поз. 1) от нескольких антропогенных объектов (поз. 2). Например, орбиты (поз. 9) расположения спутников навигации, геостационарной орбиты и т.п. В случае появления угрозы штатному выполнению целевой задачи МКА (поз. 3) - например, повреждения его космическим мусором или угрозы иных видов несанкционированного воздействия на него, после вывода на дежурную орбиту (поз. 10) МКА от него заблаговременно (до времени выполнения целевой задачи) отделяют модули автономного маневрирования, делая их отдельными КА (поз. 5) в составе комплекса и размещая после отделения от МКА на орбите полета базового блока МКА (поз. 4) - по направлению полета за базовым блоком или перед ним.
Как вариант, для упрощения базового блока МКА, обладающего относительно сложной автономной системой поиска целей, расчета маневра модуля, системой телеметрии, связи с наземными пунктами управления, модули автономного маневрирования могут быть вынесены из его конструкции и превращены в отдельные спутники. Такие спутники размещают на ракете-носителе отдельно от МКА и после выведения на дежурную орбиту располагают вблизи МКА.
Передачу целеуказания и параметров маневра при запуске модуля автономного маневрирования осуществляют дистанционно от МКА (базового блока). Получив вышеуказанную управляющую информацию, модуль уходит со своей точки орбиты, сближается с СКА для физического контакта с ним и сведения с орбиты.
При этом в целях упрощения конструкции модуля, оснащенного двигательной установкой, системой управления и самонаведения, полезной нагрузкой, задачу навигации его в группе вблизи МКА возлагают на штатную систему самонаведения (поз. 6). Такая система самонаведения/навигации может быть выполнена оптико-электронной, на основе матричного приемника оптического излучения и лазерного дальномера. Матричный приемник оптического излучения отвечает за угловое отклонение (другими словами, отклонение по фронту и высоте) траектории полета модуля относительно траектории (орбиты) движения МКА, лазерный дальномер отвечает за относительную дальность. В свою очередь на МКА расположены оптический маяк, либо уголковые отражатели, обеспечивающие «ответную часть» оптико-электронной системы навигации КА (поз. 7). Использование таких оптико-электронных систем (ОЭС) навигации с дальностью действия до 30 км обладает повышенной помехозащищенностью, относительно небольшими габаритами и энергопотреблением и активно исследуется в настоящее время. Для формирования упорядоченно движущейся группы из МКА и модулей последние размещают на орбите полета базового блока МКА за ним или перед ним (относительно направления полета) на расстоянии, не превышающем дальность действия системы самонаведения модуля. Для повышения помехозащищенности работы ОЭС модуля, ориентирующегося на базовый блок МКА, и снижения информационной нагрузки на него запуск модулей к СКА производят последовательно, начиная с ближайшего к МКА модуля.
Помимо задач самонаведения и навигации ОЭС модуля может использоваться для мониторинга обстановки вокруг базового блока МКА или впереди летящего модуля, фиксируя, например, столкновение с космическим мусором или иное механическое воздействие. В случае отказа одного из модулей выполнение задачи очистки орбиты возлагают на остальные.
В случае отказа базового блока МКА идеология построения комплекса обеспечивает возможности либо ввода в группу другого МКА взамен отказавшего, для навигации и управления группой модулей автономного маневрирования, либо передачу на каждый модуль целеуказания космическими средствами (поз. 8), находящимися на близких по высоте или компланарных орбитах (поз. 11), не входящими в состав комплекса. Такими космическими средствами являются, например, КА отечественной группировки специального назначения, осуществляющие получение целеуказания с наземных пунктов управления и ретранслирующие его на модули автономного маневрирования. Расчет параметров маневра при этом осуществляют с использованием бортовой системы управления каждого модуля.
Применение изобретения позволит повысить надежность работы и увеличить возможности очистки космоса многомодульным космическим комплексом, и, как следствие, повысить эффективность использования ракетно-космической техники.