Numerical simulation of a 3U-CubeSat orbit maintenance using electrothermal engine and magnetic attitude control system

D. S. Roldugin; Ролдугин Д. С.; D. S. Ivanov; Иванов Д. С.; S. S. Tkachev; Ткачев С. С.; Ya. V. Mashtakov; Маштаков Я. В.; A. V. Khokhlov; Хохлов А. В.; K. I. Starikov; Стариков К. И.

doi:10.31857/S0023420625020043

Моделирование поддержания орбиты 3U-кубсата с помощью электронагревного двигателя и магнитной системы ориентации

Авторы: Ролдугин Д.С.¹, Иванов Д.С.¹, Ткачев С.С.¹, Маштаков Я.В.¹, Хохлов А.В.², Стариков К.И.²^,3
Учреждения:
1. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
2. ООО “Геоскан”
3. Санкт-Петербургский государственный университет
Выпуск: Том 63, № 2 (2025)
Страницы: 169-178
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0023-4206/article/view/294125
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023420625020043
EDN: https://elibrary.ru/GOGXTV
ID: 294125

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Рассматривается задача поддержания орбиты 3U-кубсата с помощью электронагревного импульсного двигателя и простейшей активной магнитной системы управления ориентацией. Аппарат оснащен только магнитными катушками и магнитометром и не имеет возможности поддержания ориентации оси установки двигателя по касательной к орбите. За счет реализации постоянного дипольного момента и гашения угловой скорости достигается ориентация по вектору геомагнитной индукции. На солнечно-синхронной орбите вблизи узлов такая ориентация близка к ориентации по касательной к орбите. Проводится моделирование движения аппарата с выдачей импульсов коррекции при проходе восходящего узла орбиты. Приведены результаты тестирования двигателя в неуправляемом режиме.

Полный текст

Список литературы

Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S. A survey on active magnetic attitude control algorithms for small satellites // Progress in Aerospace Sciences. 2019. V. 109. Art. ID. 100546. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2019.05.006
Searcy J.D., Pernicka H.J. Magnetometer-Only Attitude Determination Using Novel Two-Step Kalman Filter Approach // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2012. V. 35. Iss. 6. P. 1693–1701.https://doi.org/10.2514/1.57344
Psiaki M.L. Global Magnetometer-Based Spacecraft Attitude and Rate Estimation // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2004. V. 27. Iss. 2. P. 240–250.
Abdelrahman M., Park S.-Y. Integrated attitude determination and control system via magnetic measurements and actuation // Acta Astronautica. 2011. V. 69. Iss. 3–4. P. 168–185. https://doi.org/10.1016/J.actaastro.2011.03.010
Буланов Д.М., Сазонов В.В. Исследование эволюции вращательного движения спутника Фотон М-2 // Косм. исслед. 2020. Т. 58. № 4. С. 291–304. https://doi.org/10.31857/S0023420620040032
Абрашкин В.И., Воронов К.Е., Дорофеев А.С. и др. Определение вращательного движения малого космического аппарата Аист-2Д по данным магнитных измерений // Косм. исслед. 2019. Т. 57. № 1. С. 61–73. https://doi.org/10.1134/S0023420619010011
Крамлих А.В., Николаев П.Н., Рылько Д.В. Бортовой двухэтапный алгоритм определения ориентации наноспутника SAMSAT-ION // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. № 2. С. 65–85.
Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Penkov V.I. Asymptotic study of a complete magnetic attitude control cycle providing a single-axis orientation // Acta Astronautica. 2012. V. 77. P. 48–60. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.03.001
Lovera M., Astolfi A. Spacecraft attitude control using magnetic actuators // Automatica. 2004. V. 40. Iss. 8. P. 1405–1414. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2004.02.022
Celani F. Robust three-axis attitude stabilization for inertial pointing spacecraft using magnetorquers // Acta Astronautica. 2015. V. 107. P. 87–96. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.11.027
Wisniewski R. Linear Time-Varying Approach to Satellite Attitude Control Using Only Electromagnetic Actuation // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2000. V. 23. Iss. 4. P. 640–647. https://doi.org/10.2514/2.4609
Okhitina A., Roldugin D., Tkachev S. Application of the PSO for the construction of a 3-axis stable magnetically actuated satellite angular motion // Acta Astronautica. 2022. V. 195. P. 86–97. https://doi.org/10.1016/J.ACTAASTRO.2022.03.001
Сарычев В.А., Сазонов В.В. Оптимальные параметры пассивных систем ориентации спутников // Косм. исслед. 1976. Т. 14. № 2. С. 198–208.
Сарычев В.А., Овчинников М.Ю. Движение спутника с постоянным магнитом относительно центра масс // Косм. исслед. 1986. Т. 24. № 4. С. 527–543.
Белецкий В.В., Яншин А.М. Влияние аэродинамических сил на вращательное движение искусственных спутников. Киев: Наукова Думка, 1984. 187 с.
Guerman A.D., Ivanov D.S., Roldugin D.S. et al. Orbital and Angular Dynamics Analysis of the Small Satellite SAR Mission INFANTE // Cosmic Research. 2020. V. 58. Iss. 3. P. 206–217. https://doi.org/10.1134/S0010952520030016
ГОСТ Р 25645.166–2004. Атмосфера Земли верхняя. Модель плотности для баллистического обеспечения полетов искусственных спутников Земли. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 24 с.
Alken P., Thébault E., Beggan C.D. et al. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. Iss. 1. Art. ID. 49. https://doi.org/10.1186/s40623–020–01288-x
Иванов Д.С., Овчинников М.Ю., Ролдугин Д.С. и др. Программный комплекс для моделирования орбитального и углового движения спутников // Математическое моделирование. 2019. Т. 31. № 12. С. 44–56. https://doi.org/10.1134/S0234087919120049