Российские ученые узнали, как сделать более устойчивым полет спутников на высоте до 450 км

Во время полетов на сверхнизких высотах — менее 450 км — на ориентацию спутников заметное влияние оказывают воздушные потоки. Поддерживать стабильное положение космического аппарата помогают раскладные панели, напоминающие хвостовое оперение самолета. Ученые из подведомственных Минобрнауки России Самарского государственного технического университета (Самарский политех) и Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева (Самарский университет) разработали математическую модель для ситуации, когда раскладывание «хвоста» спутника происходит неодновременно, и предложили рекомендации для снижения негативного влияния технической неполадки на траекторию полета.

Сверхнизкоорбитальные спутники способны производить съемку земной поверхности с более высоким разрешением и быстрее обмениваться данными с наземными центрами, чем традиционные низкоорбитальные спутники.

«Кроме того, на сверхнизких орбитах значительно меньше объектов космического мусора, что снижает риски столкновения с последующим неминуемым выходом спутника из строя. Завершив свою миссию, сверхнизкоорбитальный спутник быстро сойдет с орбиты и сгорит в нижних слоях атмосферы и не превратится в космический мусор», — пояснил Дмитрий Сизов, соавтор исследования, доцент кафедры «Химическая технология» сызранского филиала Самарского политеха.

Постоянная работа над повышением стабильности полетов сверхнизкоорбитальных спутников необходима для поддержания их устойчивой связи с землей. С помощью математической модели исследователям из Самары удалось проанализировать влияние на движение спутника таких факторов, как жесткость приводных пружин, время задержки раскрытия второй панели, а также положение равновесия пружин, влияющего на интенсивность удара при фиксации панелей в конечном положении.

«На сверхнизких орбитах на ориентацию спутника формата CubeSat влияет взаимодействие с атмосферой. Поэтому, чтобы изучить эволюцию ориентации спутника во время развертывания панелей, мы учитывали не только вращающие моменты от крутильных пружин и упругих колебаний гибких панелей, но и восстанавливающие и демпфирующие аэродинамические моменты, которые зависят от формы спутника и, следовательно, существенно изменяются в процессе развертывания панелей», — пояснил профессор Самарского университета Владимир Асланов.

Чтобы спутник после раскладывания панелей оставался ориентированным в правильном направлении, ученые рекомендуют использовать в раскладных механизмах пружины большей жесткости, и настраивать их таким образом, чтобы фиксация панелей не сопровождалась сильным ударом. При математическом моделировании ученые использовали разные значения жесткости пружин и обнаружили такой тренд: большие значения жесткости позволяют раскладывать панели быстрее, благодаря чему спутник не успевает отклониться далеко от требуемой ориентации.

Результаты исследования, получившего грантовую поддержку Российского научного фонда, опубликованы в одном из ведущих международных журналов первого квартиля.