Implementation of a Spacecraft Solar-Orientation Model Using a Reaction-Wheel System

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The mode of maintaining a solar orientation of spacecraft–gyrostat in low Earth orbit for a long time has been studied. The spacecraft is close to a cylinder in shape with two fixed solar arrays. The arrays are located along the longitudinal axis of the cylinder, symmetrically with respect to it. In the solar-orientation mode, the normal to the plane of the spacecraft solar arrays is invariably directed to the Sun, and the longitudinal axis oscillates relative to the plane of the orbit. To implement the specified mode of the spacecraft motion, a system of four reaction wheels is used, the rotation axes of which are directed parallel to the lateral edges of the quadrangular pyramid. The position of the lateral edges of the pyramid relative to the coordinate system rigidly connected to the spacecraft is given by two angles, which are the parameters of the reaction-wheel system. The law of control of the gyrostatic moment is considered, which ensures the attenuation of the perturbed motion of the spacecraft in the vicinity of the position of its solar orientation and limits the accumulation of the own kinetic moment of the reaction wheels by controlling the angle of rotation of the spacecraft around the normal to the light-sensitive side of the solar arrays. The study shows that with the help of a certain choice of parameters of the reaction-wheel system, it is possible to implement the solar-orientation mode without unloading the gyrostatic moment during the entire flight time. The results of numerical simulation of the complete system of equations of the spacecraft motion in the mode of its solar orientation, taking into account the influence of gravitational and aerodynamic moments, are presented, confirming the correctness of the chosen values of the parameters.

About the authors

A. I. Ignatov

Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russia

Email: general_z@mail.ru
Россия, Москва

G. A. Ivanov

Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russia

Email: general_z@mail.ru
Россия, Москва

E. S. Kolomietz

Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russia

Email: general_z@mail.ru
Россия, Москва

E. V. Martynenkova

Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: general_z@mail.ru
Россия, Москва

References

  1. Игнатов А.И., Сазонов В.В. Оценка низкочастотных микроускорений на борту ИСЗ в режиме одноосной солнечной ориентации // Космич. исслед. 2013. Т. 51. № 5. С. 380–388. https://doi.org/10.7868/S0023420613050051 (Cosmic Research. 2013. Т. 51. № 5. С. 342–349.)
  2. Игнатов А.И. Стабилизация режима солнечной ориентации искусственного спутника Земли без накопления кинетического момента гиросистемы // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2020. № 3. С. 164–176. https://doi.org/10.31857/S0002338820030063
  3. Игнатов А.И. Оценка низкочастотных микроускорений на борту искусственного спутника Земли в режиме солнечной ориентации // Космич. исслед. 2022. Т. 60. № 1. С. 43–56. https://doi.org/10.31857/S0023420622010046 (Cosmic Research. 2022. Т. 60. № 1. С. 38–50.)
  4. Бажинов И.К., Гаврилов В.П., Ястребов В.Д. и др. Навигационное обеспечение полета орбитального комплекса “Салют-6” – “Союз” – “Прогресс”. М.: Наука, 1985.
  5. Белецкий В.В. Движение искусственного КА относительно центра масс. М.: Наука, 1965.
  6. Меес Ж. Астрономические формулы для калькуляторов. М.: Мир, 1988.
  7. Игнатов А.И. Выбор геометрических параметров расположения системы двигателей-маховиков при управлении вращательным движением космического аппарата // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2022. № 1. С. 124–144. https://doi.org/10.31857/S0002338822010061
  8. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. Москва, Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1988.
  9. Markley F.L., Reynolds R.G., Liu F.X. Maximum torque and momentum envelopes for reaction-wheel arrays // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2010. V. 33. № 5. P. 1606–1614. https://doi.org/10.2514/1.47235
  10. Yoon H., Seo H.H., Choi H.-T. Optimal uses of reaction wheels in the pyramid configuration using a new minimum infinity-norm solution // Aerospace Science and Technology. 2014. V. 39. P. 109–119. https://doi.org/10.1016/j.ast.2014.09.002
  11. Yoon H., Seo H.H., Park Y.-W., Choi H.-T. A New Minimum Infinity-Norm Solution: with Application to Capacity Analysis of Spacecraft Reaction Wheels // American Control Conf. (ACC). 2015. P. 1241–1245.
  12. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применения. М.: Мир, 1980.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (255KB)
3.

Download (659KB)
4.

Download (636KB)
5.

Download (165KB)
6.

Download (179KB)
7.

Download (581KB)
8.

Download (1MB)
9.

Download (65KB)
10.

Download (82KB)
11.

Download (458KB)
12.

Download (765KB)
13.

Download (630KB)

Copyright (c) 2023 А.И. Игнатов, Г.А. Иванов, Е.С. Коломиец, Е.В. Мартыненкова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».