научная статья по теме ПОДДЕРЖАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ИЗ КА “КАНОПУС-В” № 1 И БЕЛОРУССКОГО КА Энергетика

Текст научной статьи на тему «ПОДДЕРЖАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ИЗ КА “КАНОПУС-В” № 1 И БЕЛОРУССКОГО КА»

№ 2

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2015

УДК 629.7

ПОДДЕРЖАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКИ ИЗ КА "КАНОПУС - В" № 1 И БЕЛОРУССКОГО КА

© 2015 г. К. В. ЖУРАВЛЕВ, И. А. МЕДВЕДКОВ, В. П. ХОДНЕНКО, А. В. ХРОМОВ

ОАО «Корпорация "ВНИИЭМ"», Москва E-mail: vniiem@orc.ru

Рассматривается орбитальная группировка космического комплекса оперативного мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций "Канопус-В", состоящая из космических аппаратов (КА) "Канопус-В" № 1 и Белорусского КА (БКА), находящихся на солнечно-синхронной орбите высотой 510 км и размещенных в одной орбитальной плоскости.

Даны энергетические затраты на проведение начальной и штатной коррекции орбиты КА "Канопус-В" № 1 и БКА в течении семи лет.

В состав указанных КА включена корректирующая двигательная установка (КДУ) на базе стационарных плазменных двигателей СПД-50.

Приведены состав, основные характеристики КДУ и результаты летных испытаний и эксплуатации КДУ КА "Канопус-В" № 1 в течении первых пултора лет полета.

В течение летной эксплуатации КА "Канопус-В" № 1 КДУ применялась для коррекции периода обращения и сохранения условий солнечной синхронности, а также для стабилизации фазового положения между КА "Канопус-В" № 1 и БКА.

Включение КДУ длительностью 40 мин проводились на заданных участках витка с разной светотеневой обстановкой.

Ключевые слова: космический аппарат, орбитальная группировка, оперативный мониторинг, солнечно-синхронная орбита, корректирующая двигательная установка, стационарный плазменный двигатель, период обращения, фазовое положение, летные испытания, летная эксплуатация.

MAINTAINING DYNAMIC STABILITY OF SATELLITE CONSTELLATION COMPRISING CANOPUS-V#1 AND BKA SATELLITES

K. V. ZHURAVLEV, I. A. MEDVEDKOV, V. P. KHODNENKO, A. V. KHROMOV

VNIIEM Corporation JSC, Moscow, E-mail: vniiem@orc.ru

The article presents the information on Canopus-V space system designed for real-time monitoring of technogenic and natural disasters. The space system comprises Canopus-V-1 and the Belarusian satellite (BKA) located in a sun-synchronous orbit at the altitude of 510 km in the same orbital plane.

The article contains the data on Canopus-V-1 and BKA power consumption at the early orbit correction phase and nominal orbit correction phase during 7 years.

The mentioned above satellites have a vernier propulsion system (VPS) based on stationary plasma thrusters SPD-50.

The article describes Canopus-V-1 and BKA VPS structure, main performance data, flight tests results and operational data during the first 18 months in orbit.

During the flight operation of Canopus-V-1 its VPS was used to correct the orbital period, to maintain the conditions of sun-synchronism and to stabilize Canopus-V-1 and BKA satellites attitude relative to each other. The VPS was turned on at the specified parts of the orbit with different light-and-dark conditions for 40 min periods.

Key words: satellite, space system, satellite constellation, real-time monitoring, sun-synchronous orbit, vernier propulsion system, stationary plasma thruster, orbital period, relative attitude, flight test, flight operation.

Современный этап развития систем дистанционного зондирования Земли характеризуется переходом от создания тяжелых космических аппаратов (КА) наблюдения к развертыванию орбитальных группировок, состоящих из малых КА, производящих съёмку поверхности Земли в нескольких спектральных диапазонах. Группировка из нескольких КА имеет преимущества перед одиночным спутником: обеспечивается надежность выполнения миссии при потере одного КА и повышается оперативность съёмки. Кроме того, при постепенном наращивании группировки появляется возможность реализации последних достижений техники при каждом последующем запуске [1].

Первой международной многоспутниковой системой дистанционного зондирования Земли, предназначенной для мониторинга чрезвычайных ситуаций, является Disaster Monitoring Constellation (DMC), созданная на базе малых КА, разработанных фирмой Surrey Space Technology Limited (SSTL, Великобритания). Первое поколение DMC развернуто в период с конца 2002 г. по 2004 г. на базе платформы SSTL-100. Все спутники запущены на солнечно-синхронную орбиту высотой h = 686 км и находятся в одной плоскости с местным временем пересечения восходящего узла орбиты fit = 10 : 15. Запуск КА второго поколения системы (DMC-2) начат в 2005 г. (КА Beijing-1) в новую плоскость (h = 686 км, fit = 10 : 15) и завершен в 2011 г. (КА NigeriaSat-2).

В 2008 г. была развернута коммерческая группировка КА RapidEye, состоящая из пяти спутников. Малые КА созданы SSTL на базе платформы SSTL-150 и находятся в одной плоскости солнечно-синхронной орбиты (h = 630 км, Ql = 11 : 00).

Следует отметить развертывание Францией группировок КА наблюдения в оптическом диапазоне, каждая состоит из двух КА. Космические аппараты высокодетального наблюдения Pleiades-1A и Pleiades-1B были запущены на солнечно-синхронную орбиту (h = 695 км, Q = 10 : 15) в 2011—2012 гг. [2]. Поддерживается группировка из КА SPOT-5 и SPOT-6, а в 2014 г. ожидается запуск КА SPOT-7 в плоскость h = 695 км, fit = 10 : 00. Космические аппараты созданы концерном EADS Astrium, они обеспечивают съемку в панхроматическом диапазоне спектра с разрешением <1 метра (КА Pleiades).

Создание группировки малых КА дистанционного зондирования ведется и в России. Согласно тактико-техническому заданию на космический комплекс оперативного мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций "Канопус-В" орбитальная группировка состоит из двух КА, находящихся в одной плоскости (h = 510 км, fit = 11 : 30) и отстоящих друг от друга по фазе на 180°. Высота орбиты, время пересечения восходящего узла и фазовый угол между КА должны быть стабилизированы в течение семи лет срока активного существования (САС). 22 июля 2012 года в указанную плоскость были запущены КА "Канопус-В" № 1 и Белорусский КА, которые по Соглашению между Роскосмосом и Национальной академией наук Республики Беларусь объединены в орбитальную группировку по принципу обмена ресурса [1]. Основным назначением КА "Канопус-В" является:

Характеристики орбитальных группировок ДЗЗ

Система Число КА Масса КА, кг САС КА, лет Л^КА, м/с

ОМС-1 4 90 5 10 ... 25

ОМС-2 4 180 5 10 ... 25

Яар1дЕуе 5 156 7 35

РЫааеБ-1Л, -1В 2 966 10 160

ЗРОТ-6, -7 2 720 10 230

Канопус-В 2 465 7 88

— мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, в т.ч. стихийных и гидрометеорологических явлений;

— обнаружение лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду;

— мониторинг сельскохозяйственной деятельности, природных (в т.ч. водных и прибрежных) ресурсов;

— землепользование;

— оперативное наблюдение за районами земной поверхности в интересах различных отраслей народного хозяйства.

Космические аппараты всех упомянутых группировок располагаются в плоскости орбиты с равными интервалами по фазе, что обеспечивает оперативность получения целевой информации и облегчает работу центра управления полетом. Для поддержания постоянного фазового угла все КА оборудованы корректирующими двигательными установками (КДУ), причем ЗЗТЬ традиционно использует КДУ на базе электро-нагревного двигателя, ЕЛОЗ АбМиш устанавливает на спутники гидразиновую ДУ, а разработчик КА "Канопус-В" — ОАО «Корпорация "ВНИИЭМ"» — применил электроракетную двигательную установку. Характеристики спутниковых систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), включая запас характеристической скорости (Д V) КА, приведены в табл. 1.

Корректирующие двигательные установки КА "Канопус-В" № 1 и Белорусского КА (БКА) устроены идентично и служат для решения следующих задач:

— начальная коррекция ошибок выведения КА на орбиту;

— разведение КА по фазе;

— текущая коррекция параметров орбиты, направленная на компенсацию атмосферного торможения КА;

— текущая коррекция параметров орбиты, связанная с поддержанием углового расположения КА по аргументу широты.

Распределение затрат характеристической скорости на проведение соответствующих видов коррекций приведено в табл. 2 [3]. С учетом 10% разброса по тяге двигателя необходимый запас характеристической скорости был принят равным 61,2 м/с, что для КА массой 465 кг соответствует суммарному импульсу тяги КДУ, равному 28,5 кНс. Для компенсации изменения уровня солнечной активности и создания проектного запаса для модернизации было решено, что двигательная установка должна обеспечивать не менее 40 кНс суммарного импульса тяги.

Для КА комплекса "Канопус-В", а также для Белорусского КА была выбрана электроракетная двигательная установка на базе стационарного плазменного двигателя СПД-50, разработанная в ОКБ "Факел" (г. Калининград). КДУ со стационарными плазменными двигателями (СПД) применяются на низкоорбитальных космических аппаратах, начиная с 1971 года (КА "Метеор" № 18). Из современных спутников дистанционного зондирования земли КДУ с СПД оборудованы КА "Монитор-Э" (раз-

Энергетические затраты на коррекцию орбиты КА "Канопус-В" и БКА

Корректируемый параметр орбиты

Величина отклонения

Необходимая АКкд, м/с

Период обращения Наклонение Эксцентриситет Аргумент перигея Разведение по фазе

Период обращения Наклонение Суммарные затраты

Начальная коррекция 4 с 2' 0,0008 40°

5 с (по периоду) Коррекция поддержания 48,2 с 7'

1,76 4,66 3,18 4,49 2,24 х 2

21,25 15,81 55,63

Примечание: расчет затрат на компенсацию атмосферного торможения производился для уровня солнечной активности Г = 175 ■ 10-22 Вт/м2 • Гц.

Таблица 3

Характеристики корректирующей двигательной установки КА "Канопус-В" и БКА

Параметр Значение

Номинальная тяга двигателя, мН 14

Номинальный удельный импульс тяги, с 850

Энергопотребление, Вт 317

Масса незаправленной КДУ, кг 19,2

Масса заправляемого ксенона, кг 5,2

Ресурс по времени работы, ч 800

Ресурс по количеству включений 2000

Максимальная продолжительность включения, мин 60

Минимальная пауза между включениями, мин 25

работчик — ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, запущен 26.08.2005 г.), DubaiSat-2 (разработчик — Satrec 1пШайуе (Южная Корея), з

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком