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
![Лицензия Creative Commons](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
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).