Methodology of designing a small spacecraft for technological purposes

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper presents a methodology for designing a small spacecraft to perform the tasks of technological processes in near-Earth space. When designing such a small spacecraft, it is assumed that it will be equipped with a microgravity platform to meet the requirements for micro-accelerations. The methodology is based on the principles of individuality, attainability and controllability. They guarantee the maximum possible consideration of the features of the gravity-sensitive process being implemented, including compliance with the requirements for limiting the micro-acceleration module in the working area of technological equipment and effective control of this implementation. The developed technique can be used in the design of a small spacecraft for technological purposes.

About the authors

Andrey V. Sedelnikov

Samara National Research University

Author for correspondence.
Email: onv@omgtu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2698-1348
SPIN-code: 3987-6997

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Space Engineering Department

Russian Federation, Samara, Moskovskoye sh., 34, 443086

Anastasiya S. Taneeva

Samara National Research University

Email: onv@omgtu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8531-760X
SPIN-code: 8816-1930

Graduate Student of Space Engineering Department, Engineer of NII-219 (Research Institute of Space Engineering), Engineer and Assistant of Space Engineering Department

Russian Federation, Samara, Moskovskoye sh., 34, 443086

References

  1. Raykunov G. G., Ezhov S. A., Gusev L. I. Sovremennyye tendentsii v razvitii kosmicheskogo priborostroyeniya i kosmicheskikh informatsionnykh sistem [Current trends in growth of space device engineering and space information systems] // Raketno-kosmicheskoye priborostroyeniye i informatsionnyye sistemy. Rocket-Space Device Engineering and Information Systems. 2014. Vol. 1, no. 1. P. 3–12. EDN: THSWPD. (In Russ.).
  2. Sedelnikov A. V., Eskina E. V., Taneyeva A. S., Khnyreva E. S., Matveyeva E. S. Problema obespecheniya i kontrolya trebovaniy po mikrouskoreniyam na bortu malogo kosmicheskogo apparata tekhnologicheskogo naznacheniya [The problem of ensuring requirements for microaccelerations on board of small spacecraft] // Omskiy nauchnyy vestnik. Seriya aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, no. 2. P. 90–98. doi: 10.25206/2588-0373-2022-6-2-90-98. EDN: YNTNVQ. (In Russ.).
  3. Klimenko N. N. Smena paradigmy: sozdaniye i primeneniye psevdokosmicheskikh apparatov kak sostavnaya chast’ «novoy kosmicheskoy revolyutsii» i «novoy bespilotnoy revolyutsii» [Paradigm shift: development and deployment of high altitude pseudosatellites as a complementary part of «new space revolution» and «new drone revolution»] // Vestnik NPO im. S. A. Lavochkina. Vestnik NPO IM. S. A. Lavochkina. 2023. No. 3 (61). P. 3–18. doi: 10.26162/LS.2023.61.3.001. (In Russ.).
  4. Aslanov V. S., Yudintsev V. V. Vybor parametrov sistemy uvoda kosmicheskogo musora s uprugimi elementami posredstvom trosovoy buksirovki [Parameters selection of space debris removal system with elastic elements by cable towing] // Vestnik Moskovskogo aviacionnogo instituta. Aerospace MAI Journal. 2018. Vol. 25, no. 1. P. 7–17. EDN: YSPCOF. (In Russ.).
  5. Sedel’nikov A. V., Taneyeva A. S. Modelirovaniye polya mikrouskoreniy v zashchishchennoy zone vibrozashchitnykh ustroystv dlya realizatsii gravitatsionno-chuvstvitel’nykh protsessov na bortu malogo kosmicheskogo apparata tekhnologicheskogo naznacheniya [Modeling the micro-acceleration field in the protected zone of vibration-proof devices for implementation of gravity-sensitive processes on board a small technological spacecraft] // Omskiy nauchnyy vestnik. Seriya aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2023. Vol. 7, no. 2. P. 65–72. doi: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-65-72. EDN: AJCGPU. (In Russ.).
  6. Sedelnikov A. V., Molyavko D. P., Khnyreva E. S. O snizhenii upravlyayemosti kosmicheskogo apparata pri provedenii aktivnogo kontrolya mikrouskoreniy na stadii ekspluatatsii [About decrease in controllability of spacecraft when carrying out active control microaccelerations at the operation stage] // Aviakosmicheskoye priborostroyeniye. Aerospace Instrument-Making. 2017. No. 4. P. 25–34. EDN: YUONUD. (In Russ.).
  7. Lobykin A. A. Metody uluchsheniya mikrogravitatsionnoy obstanovki na bortu avtomaticheskogo kosmicheskogo apparata, prednaznachennogo dlya mikrogravitatsionnykh issledovaniy [Enhancement of Microgravity Environment on a Board of Automatic Spacecraft for Microgravity Investigations] // Poverkhnost’. Rentgenovskiye, sinkhrotronnyye i neytronnyye issledovaniya. Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2009. No. 2. P. 84–91. EDN: JVSLCD. (In Russ.).
  8. Sedelnikov A. V. Kontrol’ mikrouskoreniy kak vazhneyshey kharakteristiki kosmicheskoy laboratorii spetsializirovannogo tekhnologicheskogo naznacheniya konstruktivnymi metodami [Control of microaccelerations as the major characteristics of space laboratory of specialized technological appointment as constructive methods] // Kontrol’. Diagnostika. Testing. Diagnostics. 2014. No. 7. P. 57–63. doi: 10.14489/td.2014.07.pp.057-063. EDN: SGPIKR. (In Russ.).
  9. Elkin K. S., Ivanov A. I., Neznamova L. O., Prudkoglyad V. O. Perspektivy sozdaniya vakuumnykh i gravitatsionno-chuvstvitel’nykh tekhnologiy, ispol’zuyushchikh usloviya kosmicheskogo poleta na okolozemnykh orbitakh. Issledovaniye gravitatsionno-chuvstvitel’nykh yavleniy na bortu otechestvennykh kosmicheskikh apparatov [Prospects for creation of vacuum and gravity-sensitive technologies using space flight conditions in near-Earth orbits. Investigation of gravity-sensitive phenomena on board domestic spacecrafts] / By ed. K. S. Elkina. Moscow, 2013. 306 p. (In Russ.).
  10. Wu Q., Liu B., Cui N. [et al.] Tracking Control of a Maglev Vibration Isolation System Based on a High-Precision Relative Position and Attitude Model // Sensors. 2019. Vol. 19. 3375. doi: 10.3390/s19153375. (In Engl.).
  11. Liu J., Li Y., Zhang Y. [et al.] Dynamics and control of a parallel mechanism for active vibration isolation in space station // Nonlinear Dynamics. 2014. Vol. 76, no. 3. P. 1737–1751. doi: 10.1007/s11071-014-1242-3. (In Engl.).
  12. Borisov A. E., Emel’yanov G. A., Nikitin S. A. Parametricheskaya optimizatsiya sistemy upravleniya avtomaticheskoy povorotnoy vibrozashchitnoy platformy dlya mikrogravitatsionnykh issledovaniy [Parametric system optimization of the management of an automatic rotary vibration-proof platform for the microgravity research] // Kosmonavtika i raketostroyeniye. Cosmonautics and Rocket Engineering. 2013. No. 3 (72). P. 147–155. EDN: RECYIT. (In Russ.).
  13. Zhu T., Cazzolato B., Robertson W. S. P. [et al.] Vibration isolation using six degree-of-freedom quasi-zero stiffness magnetic levitation // Journal of Sound and Vibration. 2015. Vol. 358. P. 48–73. doi: 10.1016/j.jsv.2015.07.013. (In Engl.).
  14. Grodsinsky C. M., Whorton M. S. A Survey of Active Vibration Isolation Systems for Microgravity Applications // Journal of Spacecraft and Rockets. 2000. Vol. 37, no. 5. P. 586–596. doi: 10.2514/2.3631. (In Engl.).
  15. Liu C., Jing X., Daley S. Recent advances in micro-vibration isolation // Mechanical Systems and Signal Processing. 2015. Vol. 56–57. P. 55–80. doi: 10.1016/j.ymssp.2014.10.007. (In Engl.).
  16. Wang S., Hou L., Meng Q. [et al.] Three-magnet-ring quasi-zero stiffness isolator for low-frequency vibration isolation // International Journal of Mechanical System Dynamics. 2024. Vol. 4, no. 2. P. 153–170. doi: 10.1002/msd2.12107. (In Engl.).
  17. Xie D., Zheng Z., Zhu Y. Design of a two-degree-of-freedom magnetic levitation vibration energy harvester for bridge vibration response analysis // Heliyon. 2024. Vol. 10, no. 4. e26000. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e26000. (In Engl.).
  18. Ming C., Xing J., Chen Z. [et al.] Design, analysis and experimental investigation on the whole-spacecraft vibration isolation platform with magnetorheological dampers // Smart Materials and Structures. 2019. Vol. 28, no. 7. 075016. doi: 10.1088/1361-665X/ab0ebe. (In Engl.).
  19. Wang A., Wang S., Xia H. [et al.]. Dynamic Modeling and Control for a Double-State Microgravity Vibration Isolation System // Microgravity Science and Technology. 2023. Vol. 35, no. 1. 9. doi: 10.1007/s12217-022-10027-8. (In Engl.).
  20. Edberg D., Boucher R., Nurre G. S. [et al.] Performance assessment of the STABLE Microgravity Vibration Isolation Flight Demonstration // 38th Conference Structures, Structural Dynamics, and Materials. 1997. doi: 10.2514/6.1997-1202. (In Engl.).
  21. Jones D. I., Owens R. G., Owen A. R. A microgravity isolation mount // Acta Astronautica. 1987. Vol. 15, no. 6–7. P. 441–448. (In Engl.).
  22. Whorton M. S. g-LIMIT — A microgravity vibration isolation system for the International Space Station // Conference and Exhibit on International Space Station Utilization. 2001. doi: 10.2514/6.2001-5090. (In Engl.).
  23. Dong W., Duan W., Liu W. [et al.] Microgravity disturbance analysis on Chinese space laboratory // npj Microgravity. 2019. Vol. 5, no. 1. doi: 10.1038/s41526-019-0078-z. (In Engl.).
  24. Qian Y., Xie Y., Jia J. [et al.] Development of Active Microvibration Isolation System for Precision Space Payload // Applied Science. 2022. Vol. 12. 4548. doi: 10.3390/app12094548. (In Engl.).
  25. Kim Y., Kim S., Park K. Magnetic force driven six degree-of-freedom active vibration isolation system using a phase compensated velocity sensor // Review of Scientific Instruments. 2009. Vol. 80. 045108. doi: 10.1063/1.3117462. (In Engl.).
  26. Zhongxiang Y., Zhengguang Zh., Lizhan Z. [et al.]. Microvibration isolation in sensitive payloads: methodology and design // Nonlinear Dynamics. 2023. Vol. 111, no. 21. P. 1–49. doi: 10.1007/s11071-023-08943-4. (In Engl.).
  27. Sedelnikov A. V., Taneyeva A. S. Kontseptual’naya model’ malogo kosmicheskogo apparata tekhnologicheskogo naznacheniya [Conceptual model of a technological purpose small spacecraft] // Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta. Aerospace MAI Journal. 2024. Vol. 31, no. 2. P. 44–55. EDN: WVCFSZ. (In Russ.).
  28. Sazonov V. V., Chebukov S. Yu., Abrashkin V. I. [et al.] Analiz nizkochastotnykh mikrouskoreniy na bortu ISZ FOTON-11 [Low-frequency microaccelerations onboard the foton-11 satellite] // Kosmicheskiye issledovaniya. Cosmic Research. 2001. Vol. 39, no. 4. P. 419–435. EDN: OUWKOJ. (In Russ.).
  29. Abrashkin V. I., Bogoyavlenskiy N. L., Voronov K. E. [et al.] Neupravlyayemoye dvizheniye sputnika Foton M-2 i kvazistaticheskiye mikrouskoreniya na ego bortu [Uncontrolled motion of the Foton M-2 satellite and quasistatic microaccelerations on its board] // Kosmicheskiye issledovaniya. Cosmic Research. 2007. Vol. 45, no. 5. P. 450–471. EDN: IAQPJV. (In Russ.).
  30. Abrashkin V. I., Voronov K. E., Piyakov I. V. [et al.] Vrashchatel’noye dvizheniye sputnika FOTON M-4 [Rotational motion of Foton M-4] // Kosmicheskiye issledovaniya. Cosmic Research. 2016. Vol. 54, no. 4. P. 315–322. doi: 10.7868/s0023420616040014. EDN: WDORML. (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».