Вибір орбіти космічної індустріальної платформи з розподіленими моулями електроенергетичної системи
| 1Алпатов, АП, Ван, Ч, Лу, Х, Лапханов, ЕО 1Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, Дніпропетровськ |
| Косм. наука технол. 2024, 30 ;(4):03-23 |
| https://doi.org/10.15407/knit2024.04.003 |
| Мова публікації: Англійська |
Анотація: Космічна індустріалізація для освоєння нових ресурсів і середовищ існування є одним із перспективних напрямів сучасної аерокосмічної науки та техніки. Ключовою задачею є забезпечення промислової космічної платформи необхідною кількістю електроенергії. Одним із видів живлення таких модулів є використання розподілених систем, які складаються з угруповань космічних апаратів з безконтактною передачею електроенергії. Враховуючи це, постає проблема раціонального вибору орбіти для їх дислокації.
Таким чином, у роботі запропоновано методику вибору орбіт космічної промислової платформи та модулів розподіленої електроенергетичної системи. Ця методологія включає проведення оцінок орбітального поступального, кутового і відносного руху для кожного енергетичного космічного апарата, що є вхідними даними для розробленого алгоритму оптимального вибору орбіт. Алгоритм оптимізації включає статистичну обробку та елементи методів градієнтного і координатного спуску, що дозволяє визначити найбільш значущий параметр який впливає на тривалість сеансу безконтактної передачі електроенергії. Застосовано математику кватерніонів для оцінки динаміки зміни програмних параметрів наведення антени космічного апарата передавача на ректену космічного апарата приймача, що дає змогу визначити вимоги для системи керування кутовим рухом космічних енергетичних апаратів.
Використання запропонованої методології дозволяє сформувати вимоги для вибору відповідних проєктних параметрів системи керування розподіленою енергетичною системою космічної індустріальної платформи, а також проводити комплексне проєктування на концептуальних етапах розробки.
|
| Ключові слова: безконтактна передача електроенергії; вибір орбіти; кватерніон націлювання; оптимізація параметрів орбіти |
References:
1. Aditya B., Hongru C., Yasuhiro Y., Shuji N., Toshiya H. (2021). Verify the Wireless Power Transmission in Space using
Satellite to Satellite System. Int. J. Emerging Technologies, 12(2), 110-118.
2. Alpatov A. P., Khoroshylov S. V., Maslova A. I. (2019). Сontactless de-orbiting of space debris by the ion beam. Dynamics and
control. Кyiv: Akademperiodyka, 170 p.
3. Alpatov A., Kravets V., Kravets V., Lapkhanov E. (2021). Representation of the kinematics of the natural trihedral of a
spiral-helix trajectory by quaternion matrices. Trans. Machine Learning and Artificial Intelligence, 9(4), 18-29.
https://doi.org/10.14738/tmlai.94.10523
4. Bergsrud C., Bernaciak R., Kading B., McClure J., Straub J., Shahukhal S., Williams K. (2021). SunSat Design Competition
2013-2014 Third Place Winner - Team University of North Dakota: Nano SSP Satellite. Online J. Space Communication, 11(18).
URL: https://ohioopen.library.ohio.edu/cgi/viewcontent.cgi?article= 1444&context=spacejournal (Last accessed: 16.08.2023).
5. Bergsrud C., Straub J. (2014). A space-to-space microwave wireless power transmission experiential mission using small
satellites. Acta Astronautica, 103, 193-203.
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.06.033
6. Chang S., Li D., Qi Y. (2023). Pearson's goodness-of-fit tests for sparse distributions. J. Appl. Statistics, 50(5), 1078-1093.
https://doi.org/10.1080/02664763.2021.2017413
7. Chaudhary K., Kumar D. (2018). Satellite solar wireless power transfer for baseload ground supply: clean energy for the
future. Eur J. Futures Res., 6(9).
https://doi.org/10.1186/s40309-018-0139-7
8. Curtis H. (2019). Orbital Mechanics for Engineering Students (4th ed.). Butterworth-Heinemann, 692 p.
9. Fortescue P., Stark J., Swinerd G. (2011). Spacecraft systems engineering. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, 724 p.
https://doi.org/10.1002/9781119971009
10. Golubek A. V., Filipenko I. M., Tatarevskii K. E. (2020). A Priory Estimation of Orbital Injection Accuracy for Modern Launch
Vehicles with a Strapdown Inertia Navigation System. Dnipro: LIRA, 187 p. [in Russian].
11. Gordeev V. N. (2016). Quaternions and biquaternions with applications in geometry and mechanics. Kyiv: Publishing house
"Steel", 316 p.
12. Gosavi S. S., Mane H. G., Pendhari A. S., Magdum A. P., Deshpande S., Baraskar A., Jadhav M., Husainy A. (2021). A
review on space based solar power. J. Thermal Energy Systems, 6(1), 16-24.
https://doi.org/10.46610/JoTES.2021.v06i01.003
13. ISO 16269-6:2014. Statistical interpretation of data. Part 6: Determination of statistical tolerance intervals.
URL: https://www.iso.org/obp/ui/en/#iso:std:iso:16269:-6:ed-2:v1:en (Last accessed: 16.08.2023).
14. Khoroshylov S. V. (2009). On algorithmic support of orientation control of solar space power plants. Part 1. System
technologies, 61(2), 153-167 [in Russian].
15. Landis G. A. (2006). Re-evaluating satellite solar power systems for Earth. IEEE 4th World Conf. on Photovoltaic Energy
Conversion (Waikoloa, HI, USA, 7-12 May).
https://doi.org/10.1109/WCPEC.2006.279877
16. Lockett A. J. (2020). Review of Optimization Methods. General-Purpose Optimization Through Information Maximization.
Natural Computing Series. Springer, Berlin, Heidelberg.
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62007-6_2
17. Makarov A. L., Khoroshilov S. V. (2012). Attitude control of solar battery and transmitting antenna for space solar power
satellite. Kosm. nauka tehnol., 18(3), 3-9.
https://doi.org/10.15407/knit2012.03.003
18. Mankins J. C. (2014). The Case for Space Solar Power. Virginia Edition Publishing, LLC, 580 p.
19. National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) standardization document (2008). Department of Defense, World
Geodetic System 1984, 208 p.
URL: https://nsgreg.nga.mil/doc/view?i=4085 (Last accessed: 16.08.2023).
20. Palii O. S., Lapkhanov E. O., Svorobin D. S. (2022). Model of distributed space power system motion control. Technical
mechanics, 4, 35-50.
https://doi.org/10.15407/itm2022.04.035
21. Rabanser S., Neumann L., Haltmeier M. (2019). Analysis of the Block Coordinate Descent Method for Linear Ill-Posed
Problems. SIAM J. Imaging Sci., 12(4), 1808-1832.
https://doi.org/10.1137/19M1243956
22. Reshetnev M. F., Lebedev V. A., Bartenev V. A., Krasil'shchikov M. N., Malyshev V. A. (1988). Control and navigation of
artificial Earth satellites in near-circular orbits. Mashinostroenie Publishing House, 336 p. [in Russian]
23. Sasaki S. and JAXA Advanced Mission Research Group (2009). SSPS development road map. IAC-09.C3.1.4.
URL: http://www13.plala.or.jp/spacedream/PDFSPSENG12.pdf (Last accessed: 16.08.2023).
24. Wang E., Wu S., Liu Y., Wu Z., Liu X. (2019). Distributed vibration control of a large solar power satellite. Astrodynamics,
3(2), 189-203.
https://doi.org/10.1016/j.ast.2019.105378
https://doi.org/10.1007/s42064-018-0046-5
25. Yermoldina G. T., Suimenbayev B. T., Sysoev V. K., Suimenbayeva Zh. B. (2018). Features of Space Solar Power Station
Control System. Acta Astronautica, 158, 111-120.
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.04.001
26. Zbrutskii A. V., Ganzha A. P. (2011). Navigation of the Earth remote sensing satellite by land surface imagery. Kyiv: National
Technical University "Kyiv Polytechnic Institute" Publishing House, 160 p. [in Russian]