Разработка модели утилизации космического мусора при сжигании в атмосфере
https://doi.org/10.26467/2079-0619-2022-25-5-80-92
Аннотация
В связи с увеличивающимся использованием космического пространства актуальной проблемой становится вопрос утилизации космического мусора (КМ). Из известных способов утилизации (с использованием солнечного паруса, сопротивления атмосферы, электродинамической тросовой системы, лазера, ионного потока, гравитационного уборщика, контактного метода) в статье акцентируется внимание на способе сжигания космического мусора в атмосфере Земли путем его зацепления специальным аппаратом для сбора космического мусора и выдачи импульса мусоросборщиком для схода с орбиты, имеющей определенные параметры. На основе методик расчета траекторий спуска объекта на внеатмосферном и атмосферном участках, а также теплового расчета разработана математическая модель в системе Mathcad для расчета времени, которое требуется для полного уничтожения космического мусора в атмосфере Земли. Проведен сравнительный анализ по накопленному тепловому потоку, а также по продолжительности и высоте, на которой сгорит космический мусор, содержащий алюминий либо такие тугоплавкие металлы, как титан и вольфрам. Определены и оценены высоты, оптимальные для сжигания КМ. Они приемлемы по критерию безопасности населения. В результате проведенного вычислительного эксперимента выявлено, что космический мусор из алюминиевого сплава массой 10 кг сгорает на высоте 94,9 км, из титана 17 кг сгорает на высоте 94,7 км, из вольфрама 73 кг сгорает на высоте 97,7 км. Таким образом, данная модель позволяет разделить существующие объекты космического мусора на те, которые смогут сгореть в атмосфере до достижения заданной высоты (не достигнув поверхности земли), и на те, к которым необходимо применять другие методы для очистки космического пространства от мусора.
Об авторах
О. Г. Феоктистова
Московский государственный технический университет гражданской авиации
Россия
Россия
Феоктистова Оксана Геннадьевна, доктор технических наук, доцент, заведующая кафедрой вычислительных машин, комплексов, систем и сетей
г. Москва
И. И. Туркина
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет); НПО «Молния»
Россия
Россия
Туркина Ирина Игоревна, инженер-конструктор НПО «Молния», студентка аэрокосмического факультета
г. Москва
Список литературы
1. Кузнецов С. Мусорный пояс. Сколько обломков космических аппаратов находится на орбите и как их оттуда убрать [Электронный ресурс] // nplus1.ru. 2018. URL: https://nplus1.ru/material/2018/04/03/spacedebris (дата обращения: 20.04.2022).
2. Клюшников В.Ю. Синдром Кесслера: будет ли закрыта дорога в космос? // Воздушно-космическая сфера. 2021. № 4. С. 32–43. DOI:10.30981/2587-7992-2021-1094-32-43
3. Проектирование самолетов / Под ред. М.А. Погосяна. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 864 с.
4. Yasuhiro A., Ryuta N., MakotoT. Development of bumper shield using low density materials // International Journal of Impact Engineering. 2001. Vol. 26, iss. 1-10. Pp. 13–19. DOI:10.1016/S0734743X(01)00069-0
5. Белоконов И.В. Расчет баллистических характеристик движения космических аппаратов: учеб. пособие. Самара: Самар. аэрокосм. ун-т, 1994. 76 с.
6. Дугин Д.А. Перелетный модуль и спускаемый на Венеру аппарат // Политехнический молодежный журнал. 2017. № 8. С. 3. DOI:10.18698/2541-8009-2017-8-154
7. Гарбузов В.М. Аэромеханика: учебник для вузов / В.М. Гарбузов, А.Л. Ермаков, М.С. Кубланов, В.Г. Ципенко. М.: Транспорт, 2000. 286 с.
8. Константинов М.С. Механика космического полета: учебник для втузов / М.С. Константинов, Е.Ф. Каменков, Б.П. Перелыгин, В.К. Безвербый, под ред. В.П. Мишина. М.: Машиностроение, 1989. 406 с.
9. Ярошевский В.А. Вход в атмосферу космических летательных аппаратов. М.: Наука, 1988. 336 с.
10. Балк М.Б. Элементы динамики космического полета. М.: Наука, 1965. 340 с.
11. Мирер С.А. Механика космического полета. Орбитальное движение: учеб. пособие. М.: Резолит, 2007. 108 с.
12. Краснов Н.Ф. Аэродинамика. В 2-х тт. Т. 1: Основы теории. Аэродинамика профиля и крыла. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1980. 496 с.
13. Бочкарев А.Ф., Андреевский В.В., Белоконов В.М. и др. Аэромеханика самолета: Динамика полета: учебник для авиационных вузов / Под ред. А.Ф. Бочкарева, В.В. Андреевского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. 360 с.
14. Макаров В. Марсианский вертолет Ingenuity возвращается в точку своего первого вылета [Электронный ресурс] // Techinsider.ru. 2021. URL: https://www.techinsider.ru/technologies/772493marsianskiy-vertolet-ingenuityvozvrashchaetsyav-tochku-svoego-pervogovyleta/ (дата обращения: 04.04.2022).
15. Федорченко Е.А., Никитин П.В. Теплои массообмен на проницаемой поверхности системы тепловой защиты спускаемого космического аппарата малой формы [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2012. № 50. 21 с. URL: chromeextension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/ https://trudymai.ru/upload/iblock/ce8/teplo-_-imassoobmenna-pronitsaemoy-poverkhnostisistemyteplovoy-zashchity-spuskaemogokosmicheskogoapparata-maloyformy.pdf?lang=ru&issue=50 (дата обращения: 04.04.2022).
16. Сотник Е.В., Никитин П.В. Катализ и излучение в системах тепловой защиты космических аппаратов. М.: Янус-К, 2013. 336 с.
17. Полежаев Ю.В., Фролов Г.А. Тепловое разрушение материалов: монография / Под ред. академика НАН Украины В.В. Скороходова. Киев: Из-во ИМП НАНУ, 2005. 288 с.
18. Reznik S.V. Thermal-vacuum tests of hollow composite rods intended for structures in space / S.V. Reznik, O.V. Denisov, P.V. Prosuntsov, V.P. Timoshenko, A.V. Shulyakovskii // Polymer Science. Series D. 2013. Vol. 6, no. 3. Pp. 242–245. DOI:10.1134/S1995421213030192
19. Бодня И.С., Тимошенко В.П. Численное моделирование тепловых режимов передней кромки крыла возвращаемого космического аппарата // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2018. Т. 19, № 1. С. 7–21. DOI:10.22363/2312-8143-2018-19-17-21
20. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 390 с.
21. Денисов О.В., Калинин Д.Ю., Резник С.В. Моделирование температурного состояния элементов композитных стержневых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2008. № S. С. 183–192.
22. Резник С.В., Калинин Д.Ю. Моделирование тепловых режимов крупногабаритных космических конструкций: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 52 с.
23. Lyndon B. Handbook for designing MMOD Protection. Texas: NASA, 2009. 135 p.
24. Кушнер В.С. Материаловедение: учебник для вузов / В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртлаздзе, Д.А. Негров, О.Ю. Бургонова, под ред. В.С. Кушнера. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. 232 с.
Рецензия
Для цитирования:
Феоктистова О.Г., Туркина И.И. Разработка модели утилизации космического мусора при сжигании в атмосфере. Научный вестник МГТУ ГА. 2022;25(5):80-92. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2022-25-5-80-92
For citation:
Feoktistova O.G., Turkina I.I. Development of a model for the disposal of space debris during combustion in the atmosphere. Civil Aviation High Technologies. 2022;25(5):80-92. (In Russ.) https://doi.org/10.26467/2079-0619-2022-25-5-80-92
Просмотров: 144
Послать статью по эл. почте 
