Расчет и исследование пространственно-временных характеристик рубежей атаки астероидов орбитальными средствами
Ключевые слова:
астероидная опасность, космический аппарат-перехватчик, отделяемая часть, узловая точка, рубеж атаки, пространственно-временные характеристикиАннотация
Развитие работ по борьбе с астероидной опасностью требует построения и исследования областей космического пространства, перемещаясь в которых космические аппараты-перехватчики могут воздействовать на астероиды. В предлагаемой статье такие области названы рубежами атаки, пространственно-временные характеристики которых зависят от параметров орбит астероидов, а также фазовых координат узловых точек. В указанных точках происходит пересечение траекторией движения астероидов и плоскостей орбит космических аппаратов-перехватчиков. В случае воздействия космических аппаратов-перехватчиков на астероиды в узловых точках особую значимость приобретает исследование пространственно-временных характеристик рубежей атаки с учетом ограничений на относительные скорости сближения астероидов и космических аппаратов-перехватчиков. Для этого предлагается построить и проанализировать соответствующие зоны обратной досягаемости.
В состав разработанного комплекса моделей включена имитационная модель, с использованием которой генерируются случайные углы между проекциями векторов скоростей астероидов на плоскости орбит космических аппаратов-перехватчиков и текущими направлениями на годографы векторов их скоростей в узловых точках, а также аналитическая модель оценивания пространственно-временных характеристик рубежей атаки астероидов, задаваемых радиусами их наружных и внутренних границ и используемых для определенных значений соответствующих аргументов широт и времени прибытия космических аппаратов-перехватчиков в узловые точки.
Апробация разработанных моделей и исследование соответствующих характеристик рубежей атаки проведена в ходе вычислительных экспериментов по двухцикловому моделированию величин углов между проекциями векторов скоростей астероидов на плоскости орбит космических аппаратов-перехватчиков и текущими направлениями на годографы векторов их скоростей в узловых точках. Полученные результаты позволили провести верификацию и валидацию разработанных моделей, на основе чего был сделан вывод о требуемой степени их адекватности. Также предложена процедура оценивания параметров рубежей атаки, зависящих как от значений аргументов широт космических аппаратов-перехватчиков, так и высот их полета над поверхностью Земли. При этом обоснован подход к оцениванию пространственно-временных характеристик рубежей атаки астероидов космическими аппаратами-перехватчиками для любых внутриплоскостных параметров их орбит.
Литература
2. Asteroid Impact & Deflection Assessment (AIDA) collaboration. URL: https://www.esa.int/Safety_Security/Hera/Asteroid_Impact_Deflection_Assessment_AIDA_collaboration (дата обращения: 15.08.2019).
3. Dwayne A. Giant bombs on giant rockets: Project Icarus // The SpaceReview. 2004.
4. Asteroid deflection mission seeks smashing ideas. URL: http://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/Asteroid_deflection_mission_seeks_smashing_ideas (дата обращения: 15.08.2019).
5. Powell C.S. Developing Early Warning Systems for Killer Asteroids // Discover. 2013. pp. 60–61.
6. Harper P. Earth will be hit by asteroid with 100% certainty – space experts warn // Daily Star. 2018.
7. Homer A. Earth Will Be Hit By An Asteroid With 100 Percent Certainty, Says Space-Watching Group B612 // Inquisitr. 2018.
8. Stanley-Becker I. Stephen Hawking feared race of 'superhumans' able to manipulate their own DNA. URL: https://www.washingtonpost.com/news/morning-mix/wp/2018/10/15/stephen-hawking-feared-race-of-superhumans-able-to-manipulate-their-own-dna/ (дата обращения: 15.08.2019).
9. Константиновская Л.В. Прогноз и предотвращение кометно-астероидной опасности. URL: http://www.astronom2000.info/different/pipao/ (дата обращения: 11.09.2013).
10. Угрозы из космоса // Популярная Механика. 2010. № 9(95). С. 31–46.
11. Назиров Р.Р., Эйсмонт Н.А. Гравитационные маневры как способ направить малые астероиды на траекторию встречи с опасными околоземными объектами // Космические исследования. 2010. Т. 48. № 5. С. 1–6.
12. Седых Р. Угрозы из космоса растут // Военное обозрение. 2013. URL: http://vpknews.ru/ (дата обращения: 21.06.2017).
13. Колин К.К. Глобальные угрозы развитию цивилизации в XXI веке // Стратегические приоритеты. 2014. № 1. С. 6–30.
14. Бакланов О. и др. От астероидно-космической опасности Землю защитит «Цитадель» // Воздушно-космическая сфера. 2017. № 1. С. 90–95.
15. Billings L. Words matter: A call for responsible communication about asteroid impact hazards and plans for planetary defense // Space Policy. 2015. vol. 33. pp. 8–12.
16. Wall M. A Killer Asteroid Is Coming – We Don't Know When (So Let's Be Ready), Bill Nye Says. URL: https://www.space.com/killer-asteroids-warning-bill-nye.html (дата обращения: 15.08.2019).
17. Johns H.U. Asteroids are stronger, harder to destroy than previously thought. URL: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190304095926.htm (дата обращения: 15.08.2019).
18. Charles E.M., Ramesh K.T., Richardson D.C. A new hybrid framework for simulating hypervelocity asteroid impacts and gravitational reaccumulation // Icarus. 2019. vol. 321. pp. 1013–1025.
19. Dillow C. How it Would Work: Destroying an Incoming Killer Asteroid With a Nuclear Blast // Bonnier. 2012. URL: https://www.flightglobal.com/news/articles/ nasa-plans-armageddon-spacecraft-to-blast-asteroid-215924 (дата обращения: 15.08.2019).
20. Ekpo S.C., George D. A system engineering analysis of highly adaptive small satellites // IEEE Systems Journal. 2012. vol. 7. no. 4. pp. 642–648.
21. Zhao L., Jia Y. Decentralized adaptive attitude synchronization control for spacecraft formation using nonsingular fast terminal sliding mode // Nonlineat Dyan. 2014. vol. 78. no. 4. pp. 2779–2794.
22. Du H., Li S. Attitude synchronization control for a group of flexible spacecraft // Automatica. 2014. vol. 50. no. 2. pp. 646–651.
23. Lan Q., Yang J., Guo L. Finitic-time soft landing on asteroids using nonsingular terminal sliding mode control // Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2014. vol. 36. no. 2. pp. 216–223.
24. Zhan L., Lia Q., Chen G., Sun H. Pre-impact trajectory planning for minimizing base attitude disturbance in spave manipulator systems for a capture task // Chinese Journal of Aeronautics. 2015. vol. 28. no. 4. pp. 1199–1208.
25. Zou A.M. Finite-time output feedback attitude tracking control for rigid spacecraft // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2014. vol. 22. no. 1. pp. 338–345.
26. Zhao I., Jia Y. Finite-time attitude stabilization for a class of stochastic spacecraft systems // IET Control Theory & Applications. 2015. vol. 9. no. 8. pp. 1320–1327.
27. Шустов Б.М., Рыхлова Л.В. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра // М.: Физматлит. 2010. 384 с.
28. Минаков Е.П., Соколов Б.В. Исследование характеристик размещения и вариантов применения моноблочных стационарных наземных средств поражения астероидов // Труды СПИИРАН. 2016. Вып. 5(48). С. 181–196.
29. Минаков Е.П., Соколов Б.В., Шалдаев С.Е. Исследование характеристик и вариантов применения окололунной системы поражения астероидов // Труды СПИИРАН. 2017. Вып. 5(54). С. 106–129.
30. Баринов К.Н., Бурдаев М.Н., Мамон П.А. Динамика и принципы построения орбитальных систем космических аппаратов // М.: Машиностроение. 1975. 232 с.
31. Ivanov D., Dolgui A., Sokolov B., Werner F. Schedule robustness analysis with the help of attainable sets in continuous flow problem under capacity disruptions // International Journal of Production Research. 2016. vol. 54. no. 1. pp. 3397–3413.
32. Ivanov D., Dolgui A., Sokolov B. Robust dynamic schedule coordination control in the supply chain // Computers & Industrial Engineering. 2016. vol. 94. pp. 18–31.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) 2019 Борис Владимирович Соколов, Евгений Петрович Минаков, Сергей Евгеньевич Шалдаев, Максим Андреевич Александров
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).