Новости

#Самарский университет

16.04.2022 09:00

Ученые Самарского университета разработали «космическую» коробку передач

Уникальную систему управления положением космических кораблей разработали специалисты Самарского университета. По их словам, разработка открывает новые возможности для повышения маневренности аппаратов и для более эффективного расходования их энергии. Статья опубликована в журнале Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.

Для полноценной работы космических аппаратов на орбите необходимо с большой точностью управлять их угловым положением в пространстве. По словам ученых, для этого обычно применяются роторы-маховики, гиродины или двигатели ракетного типа, которыми могут быть оснащены большие аппараты.

Специалисты Самарского университета им. Королева предложили новый тип многороторной системы, которую, по их словам, можно назвать «механической коробкой передач для космоса». Она может быть реализована как на крупномасштабных космических аппаратах, так и на спутниках, в том числе миниатюрных.

Принцип действия системы, как сообщили ученые, основан на мгновенном подключении и отключении дополнительных роторов, что позволяет не только повысить управляемость аппарата, но и увеличить его энергоэффективность.

«Высвобождение вспомогательных степеней свободы позволяет присоединять „размороженные“ вспомогательные роторы к основным роторам-маховикам, запустив их вращение в сторону, противоположную главным роторам. Благодаря этому можно не только мгновенно обнулить относительный кинетический момент роторов, но и собрать в аккумуляторы их энергию вращения для повторного использования», — объяснил директор Центра коммерческого космоса Самарского университета им. Королева, руководитель научно-исследовательской лаборатории «Динамика и управление движением летательных аппаратов» Антон Дорошин.

Внутри многороторного ядра, по словам ученых, можно соединять как одноосевые внутренние роторы, так и роторы с ортогональными осями, что дает возможность мгновенно менять угловое положение аппарата в пространстве за счет уже накопленного кинетического момента и энергии вращающихся роторов.

При этом система позволяет мгновенно отключить гироскопические эффекты при управлении космическим аппаратом, спутником или станцией, так как главное тело, то есть весь корпус, может быть переведено в режим движения монолитного твердого тела. Это существенно облегчает маневрирование, объяснили создатели системы.

«Также в статье предложен механизм разгрузки абсолютного кинетического момента на основе гравитационного демпфера. Ключевой элемент такой системы — вспомогательное внутреннее тело, вращающееся в сферической полости с вязкой жидкостью. Она работает как, своего рода, „гравитационный якорь“, позволяющий выровнять положение и угловую скорость аппарата за счет взаимодействия с центральным полем тяготения Земли», — отметил Дорошин.

Проведенное математическое моделирование динамики движения многороторного космического аппарата продемонстрировало высокую эффективность предложенного принципа.