Диссертация (1149445), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Среди всех острых вековых резонансов спутника IGSO-3, наибольший интерес представляет резонанс Лидова-Козаи, критический аргумент которого либрирует на интервале времениот 200 до 500 лет (рисунок 2.15б), то есть после прохождения спутником через орбитальныйрезонанс (рисунок 2.10).BEIDOU IGSO-3Рисунок 2.16 — Эволюция наклонения i, эксцентриситета е, периода Т ипараметров MEGNO для объектов для спутника BEIDOU IGSO-3В результате всех перечисленных особенностей изменение элементов орбиты имеет нерегулярный характер, а параметр MEGNO растет весьма быстро (рисунок 2.16).У объекта BEIDOU IGSO-4 в процессе долговременной орбитальной эволюции 4 резонансных соотношения переходят через нулевое значение (таблица 2.4, рисунок 2.17а).

Трисмешанных вековых резонанса, два из которых связаны с Солнцем (с номерами 10, 12) и один сЛуной (с номером 25). Кроме того имеет место вековой резонанс Лидова-Козаи (номер 29).46а)б)Рисунок 2.17 — Эволюция резонансных соотношений (а) и соответствующих им критическихаргументов (б) для объекта навигационной системы BEIDOU IGSO-447Критические аргументы, связанные с резонансами под номерами 10, 25 и 29, циркулируют на всем рассматриваемом интервале времени (рисунок 2.17 б). Наибольшее влияние надвижение объекта оказывает смешанный вековой резонанс с номером 12, который либрируетпрактически на всем интервале времени.Все выше перечисленные особенности приводят к возрастанию эксцентриситета орбитыдо значения 0.6, после чего он совершает долгопериодические колебания в интервале 0.1 – 0.8,не опускаясь до номинального значения (рисунок 2.18).

Наклонение орбиты IGSO-4 колеблетсяв пределах от 40 до 70 градусов. Изменение большой полуоси носят хаотический характер, аосредненный параметр MEGNO достигает значения 136, что говорит о хаотичности движенияданного объекта.BEIDOU IGSO-4Рисунок 2.18 — Эволюция наклонения i, эксцентриситета е, периода Т ипараметров MEGNO для объектов для спутника BEIDOU IGSO-42.2.3 Особенности орбитальной эволюции объектов СРНС и проблема их утилизацииПриведенные в данном разделе результаты показывают, что наличие острых вековых резонансов приводит к резкому возрастанию эксцентриситетов орбит и, соответственно, к попаданию объектов в области околоземного пространства, существенно отличающиеся от областейпервоначального расположения их орбит.В связи с этим становится интересным рассмотреть возможность использования этихсвойств движения для поиска орбит, перевод на которые мог бы создавать предпосылки для ре-48альной утилизации объекта путем попадания его в верхние слои атмосферы и последующегосгорания.В настоящее время стратегия утилизации (Rossi, 2008) навигационных ИСЗ состоит втом, чтобы переводить исчерпавшие свой срок службы спутники на орбиты, большие полуосикоторых на 500 км больше или 500 км меньше номинальных.

Поэтому, прежде всего, рассмотрим эволюцию орбит утилизации для объектов ГЛОНАСС и GPS (параметры номинальных орбит приведены в таблице 2.1), исходя из данной стратегии.На рисунке 2.19 показана эволюция перигейного (рисунок 2.19а) и апогейного (рисунок 2.19б) расстояний для объектов, расположенных на рекомендованных орбитах утилизации.Из графиков, представленных на данном рисунке, видно, что при переводе отработавших объектов системы ГЛОНАСС на орбиты, находящиеся на 500 км выше номинальных орбит, утилизированные КА примерно через 50 лет в апогее начнут пересекать зону функционирования навигационной системы GPS, а в перигее зону функционирования СРНС ГЛОНАСС.

В то времякак перевод объектов ГЛОНАСС на орбиты с большой полуосью, расположенной на 500 кмниже номинальных орбит приведет к тому, что утилизированные КА попадут в зону функционирования ГЛОНАСС, причем пересечение зоны функционирования GPS произойдет лишь через 100 лет. Из сказанного следует, что в рамках существующих рекомендаций по утилизациинавигационных ИСЗ, объекты системы ГЛОНАСС по окончанию срока службы можно переводить только на орбиты, находящиеся на 500 км ниже номинальных.а)б)Рисунок 2.19 — Эволюция перигейных и апогейных расстоянийобъектов системы ГЛОНАСС на орбитах утилизации49В отличие от спутников системы ГЛОНАСС, отработавшие космические аппараты системы GPS (рисунок 2.20) следует переводить на орбиты с большими полуосями на 500 кмбольше номинальных. В этом случае только спустя примерно 140 лет утилизированные объекты попадут в зону действующих спутников GPS, а в зону функционирующих спутников системы ГЛОНАСС еще позже.а)б)Рисунок 2.20 — Эволюция перигейных и апогейных расстоянийобъектов системы GPS на орбитах утилизацииДалее рассмотрим наиболее значимые вековые резонансные соотношения для объектовГЛОНАСС с a = a0 – 500 км и GPS a = a0 + 500 км, приведенные в таблице 2.5.

Размерностьприведенных в таблице величин – 106 рад/с. Интервал численного интегрирования 500 летТаблица 2.5 – Границы изменения резонансных соотношений для объектов GPS иГЛОНАСС, находящихся на орбитах утилизации№10Резонансноесоотношение          SS27    S      S    S   2  2 S    S     L      L    L   2  2 L2911121425ГЛОНАСС (a = a0 – 500 км)МинМаксGPS (a = a0 + 500 км)МинМакс–0.0196–0.0080–0.0192–0.0027–0.0286–0.0047–0.0669–0.0111–0.0180–0.0041–0.00690.0175–0.0223–0.0074–0.0391–0.0077–0.01650.0075–0.05480.0010–0.00060.0327–0.06030.0204–0.00280.00690.00310.028150Из таблицы 2.5 видно, что в процессе эволюции утилизированный объект системыГЛОНАСС проходит через 3 острых вековых резонанса, два из которых связанны с Луной (сномерами 25, 27), а третий – резонанс Лидова-Козаи.

Критические аргументы, связанные с вековыми резонансами, которые описываются соотношениями  25  0 и  27  0 не имеют устойчивых конфигураций на рассматриваемом интервале времени. В то время как критическийаргумент резонанса Лидова-Козаи претерпевает либрационные изменения на интервале времени 200 лет, а затем переходят в режим циркуляции. Аналогичным поведением обладают крити  2 S  0 ические аргументы 8 и 9 , связанные с апсидальными резонансами  8  M S  2  S  0 соответственно. 9  M S   8  0 и 8 9  0 и  9 29  0 и  29Рисунок 2.21 — Эволюция резонансных соотношений и соответствующих им критическихаргументов для объекта системы ГЛОНАСС, расположенного на орбите утилизацииОбъект системы GPS на орбите утилизации проходит через те же три острых вековыхрезонанса, что и объект на орбите функционирования, и еще три резонансных соотношения достигают величины порядка 109 рад/с.

Причем только критический аргумент векового резонанса  12  0 либрирует на всем рассматриваемом интервале времени (рисунок 2.22).а)б)Рисунок 2.22 — Эволюция резонансных соотношений (а) и соответствующих имкритических аргументов (б) для объекта навигационной системы GPS,расположенного на орбите утилизацииРассмотрим долговременную орбитальную эволюцию этих объектов. На рисунке 2.23,как и ранее, на единой временной шкале показаны изменения резонансных соотношений, которые в процессе эволюции переходят через нулевое значение, периода обращения Т, эксцентри-51ситета орбиты е и параметров MEGNO. В эволюции обоих объектов на орбитах утилизации, каки на номинальных орбитах, наблюдается возрастание эксцентриситета.Эксцентриситет орбиты объекта навигационной системы ГЛОНАСС (рисунок 2.23а), начавшего неуправляемое движение на орбите утилизации, за первые 200 лет, рассматриваемогоинтервала, растет до величины 0.5 под воздействием трех вековых резонансов, критические аргументы которых испытывают на данном интервале времени устойчивые либрационное изменение.

Далее при выходе из резонанса наблюдается колебание эксцентриситета в пределахот 0.2 до 0.6. В целом орбитальная эволюция утилизированного объекта системы ГЛОНАССаналогична эволюции объекта, находящегося на номинальной орбите.Эксцентриситет утилизированного объекта системы GPS (рисунок 2.23б) под действиемустойчивого резонанса  12  0 растет на всем интервале времени. Следует заметить, что в отличие от объекта навигационной системы GPS, закончившего свой срок службы на орбитефункционирования, утилизированный спутник не переходит через орбитальный резонанс, поэтому его орбитальная эволюция выглядит намного спокойнее, а осредненный параметрMEGNO колеблется около 2.а)ГЛОНАСС (a = a0 – 500 км)б)GPS (a = a0 + 500 км)Рисунок 2.23 — Эволюция наклонения i, периода Т, эксцентриситета е и параметров MEGNOдля спутников ГЛОНАСС и GPS на орбитах утилизации52Таким образом, существующие рекомендации позволяют лишь на относительно короткий срок уводить отработавшие объекты из зоны функционирования навигационных систем.Кроме того, выполнение данных рекомендаций может привести к более серьезной проблеме.Большая концентрация отработавших объектов в зоне утилизации навигационных созвездийсоздает опасность столкновений.

Это приведет к еще большему замусориванию области МЕО иобразованию большого количества мелких фрагментов, которые будет невозможно наблюдать сЗемли, но которые также будут представлять опасность для функционирующих КА.Все это наводит на мысль, что, используя свойства движения, следует поискать такиеорбиты, которые действительно приводили бы к реальной утилизации отработавших КА. Рассмотрим проблему на примере утилизации отработавших объектов системы ГЛОНАСС.Рассмотрим эволюцию орбит с более существенным понижением высоты полета на1000, 1250, 1500, 1750 и 2000 км. На рисунке 2.24 приведено изменение перигейных (а) и апогейных (б) расстояний со временем для всех рассматриваемых орбит, а на рисунке 2.25 даныизменения значений эксцентриситета (а) и наклонения (б) на интервале времени 300 лет.а)б)Рисунок 2.24 — Долговременная эволюция перигейных и апогейных расстоянийобъектов системы ГЛОНАСС, находящихся на различных орбитах утилизацииа)53б)Рисунок 2.25 — Долговременная эволюция эксцентриситетов и наклонений орбитобъектов системы ГЛОНАСС, находящихся на различных орбитах утилизацииКак показывают приведенные на рисунках 2.19, 2.20, 2.24 и 2.25 результаты, уменьшение большой полуоси не способствует возрастанию эксцентриситетов орбит, достаточному дляпопадания отработавших объектов в плотные слои атмосферы и соответственно уменьшениюперигейных расстояний.

Характеристики

Список файлов диссертации