Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67281510.31857/S0023420624050062IHFZDGArticlesСтатьиResearch ArticleСравнение возможностей электромагнитной и маховичной систем ориентации сверхмалой космической солнечной обсерваторииСравнение возможностей электромагнитной и маховичной систем ориентации сверхмалой космической солнечной обсерваторииРолдугинД. С.
Russian Federation
rolduginds@gmail.comТкачевС. С.
Russian Federation
rolduginds@gmail.comБогачевС. А.
Russian Federation
rolduginds@gmail.comКузинС. В.
Russian Federation
rolduginds@gmail.comИнститут прикладной математики им. М.В. Келдыша РАНИнститут космических исследований РАН0612202462547148127022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672815

Рассматривается движение наноспутника формата 3U-кубсат, оснащенного телескопом для наблюдения короны Солнца и регистрации солнечных вспышек в вакуумной ультрафиолетовой области спектра. Для поддержания заданной ориентации оптической оси телескопа используются электромагнитная и маховичная системы ориентации. Требование по точности стабилизации оптической оси составляет две угловые минуты в секунду. Проводится сравнение результатов работы обеих систем для солнечно-синхронной орбиты. Сформулированы условия успешного применения систем.

Рассматривается движение наноспутника формата 3U-кубсат, оснащенного телескопом для наблюдения короны Солнца и регистрации солнечных вспышек в вакуумной ультрафиолетовой области спектра. Для поддержания заданной ориентации оптической оси телескопа используются электромагнитная и маховичная системы ориентации. Требование по точности стабилизации оптической оси составляет две угловые минуты в секунду. Проводится сравнение результатов работы обеих систем для солнечно-синхронной орбиты. Сформулированы условия успешного применения систем.

Российский научный фондRussian Science Foundation23-72-30002Domingo V., Fleck B., Poland A.I. The SOHO mission: An overview // Solar Physics. 1995. V. 162. Iss. 1–2. P. 1–37. https://doi.org/10.1007/BF00733425.Strong K., Bruner M., Tarbell T. et al. Trace - The transition region and coronal explorer // Space Science Reviews. 1994. V. 70. Iss. 1–2. P. 119–122. https://doi.org/10.1007/BF00777855.The Reuven Ramaty High-Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) - Mission Description and Early Results / ed. Lin R.P., Dennis B.R., Benz A.O. Dordrecht: Springer Netherlands, 2003. https://doi.org/10.1007/978-94-017-3452-3.Житник И.А., Кузин С.В., Собельман И.И. и др. Основные результаты эксперимента СПИРИТ на ИСЗ КОРОНАС-Ф // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2005. Т. 39. № 6. С. 495–506.Wuelser J.-P., Lemen J.R., Tarbell T.D. et al. EUVI: the STEREO-SECCHI extreme ultraviolet imager // Proc. Optical Science and Technology, SPIE’s 48th Annual Meeting. San Diego, California, United States. 2004. V. 5171. https://doi.org/10.1117/12.506877.Golub L., DeLuca E., Austin G. et al. The X-Ray Telescope (XRT) for the Hinode Mission // The Hinode Mission. 2008. P. 27–50. https://doi.org/10.1007/978-0-387-88739-5_5.Кузин С.В., Житник И.А., Шестов С.В. и др. Эксперимент ТЕСИС космического аппарата КОРОНАС-ФОТОН // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2011. Т. 45. № 2. С. 166–177.Berghmans D., Hochedez J., Defise J. et al. SWAP onboard PROBA 2, a new EUV imager for solar monitoring // Advances in Space Research. 2006. V. 38. 8. P. 1807–1811. https://doi.org/10.1016/J.ASR.2005.03.070.Lemen J.R. Title A.M., Akin D.J. et al. The Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on the Solar Dynamics Observatory (SDO) // Solar Physics. 2012. V. 275. Iss. 1–2. P. 17–40. https://doi.org/10.1007/s11207-011-9776-8.Darnel J.M., Seaton D.B., Bethge C. et al. The GOES‐R Solar UltraViolet Imager // Space Weather. 2022. V. 20. Iss. 4. Art.ID. e2022SW003044. https://doi.org/10.1029/2022SW003044.Rochus P., Auchère F., Berghmans D. et al. The Solar Orbiter EUI instrument: The Extreme Ultraviolet Imager // Astronomy & Astrophysics. 2020. V. 642. Art.ID. A8. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201936663.Gan W.-Q., Zhu Cheng, Deng Yuan-Yong et al. Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S): an overview // Research in Astronomy and Astrophysics. 2019. V. 19. Iss. 11. Art.ID. 156. https://doi.org/10.1088/1674-4527/19/11/156.Villela T., Costa C.A., Brandão A.M. et al. Towards the Thousandth CubeSat: A Statistical Overview // Int. J. Aerospace Engineering. 2019. Art. ID. 5063145. DOI: https://doi.org/10.1155/2019/5063145.Mason J.P., Chamberlin Ph.C., Seaton D. et al. SunCET: The Sun Coronal Ejection Tracker Concept // J. Space Weather and Space Climate. 2021. V. 11. Art. ID. 20. https://doi.org/10.1051/swsc/2021004.Mason J.P., Woods Th.N., Caspi A. et al. Miniature X-Ray Solar Spectrometer: A Science-Oriented, University 3U CubeSat // J. Spacecraft and Rockets. 2016. V. 53. Iss. 2. P. 328–339. https://doi.org/10.2514/1.A33351.Desai M.I., Allegrini F., Ebert R.W. et al. The CubeSat Mission to Study Solar Particles // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2019. V. 34. Iss. 4. P. 16–28. https://doi.org/10.1109/MAES.2019.2917802.Перцов А.А., Дятков С.Ю., Ерхова Н.Ф. и др. Телескоп для получения изображений Солнца на малоразмерных аппаратах типа кубсат // Приборы и техника эксперимента. 2022. Т. 65. № 2. С. 131–137. https://doi.org/10.31857/S0032816222020057.Prokopyev V.Y., Bakanov S.S., Bodrov V.K. et al. NORBY CubeSat nanosatellite: design challenges and the first flight data // J. Physics: Conference Series. 2021. V. 1867. Iss. 1. Art.ID. 012038. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1867/1/012038.Игнатов А.И., Иванов Г.А., Коломиец Е.С. и др. Реализация режима солнечной ориентации космического аппарата с помощью системы двигателей-маховиков // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 2. С. 143–156. https://doi.org/10.31857/S0023420622700017.Alcorn J., Allard C., Schaub H. Fully Coupled Reaction Wheel Static and Dynamic Imbalance for Spacecraft Jitter Modeling // J. Guidance, Control and Dynamics. 2018. V. 41. Iss. 6. P. 1380–1388. https://doi.org/10.2514/1.G003277.Tkachev S., Mashtakov Y., Ivanov D. et al. Effect of Reaction Wheel Imbalances on Attitude and Stabilization Accuracy // Aerospace. 2021. V. 8. Iss. 9. https://doi.org/10.3390/aerospace8090252.Mashtakov Y., Tkachev S., Ovchinnikov M. Use of External Torques for Desaturation of Reaction Wheels // J. Guidance, Control and Dynamics. 2018. V. 41. Iss. 8. P. 1663–1674. https://doi.org/10.2514/1.G003328.Игнатов А.И. Оценка низкочастотных микроускорений на борту искусственного спутника Земли в режиме солнечной ориентации // Космические исследования. 2022. Т. 60. № 1. С. 43–56. https://doi.org/10.31857/S0023420622010046.Артюхин Ю.П., Каргу Л.И., Симаев В.Л. Системы управления космических аппаратов, стабилизированных вращением. М.: Наука, 1979. 295 с.Shigehara M. Geomagnetic attitude control of an axisymmetric spinning satellite // J. Spacecraft and Rockets. 1972. V. 9. Iss. 6. P. 391–398. https://doi.org/10.2514/3.61700.de Ruiter A. A fault-tolerant magnetic spin stabilizing controller for the JC2Sat-FF mission // Acta Astronautica. 2011. V. 68. Iss. 1–2. P. 160–171. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2010.07.012.Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Penkov V.I. Asymptotic study of a complete magnetic attitude control cycle providing a single-axis orientation // Acta Astronautica. 2012. V. 77. P. 48–60. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.03.001.Avanzini G., de Angelis E.L., Giulietti F. Spin-axis pointing of a magnetically actuated spacecraft // Acta Astronautica. 2014. V. 94. Iss. 1. P. 493–501. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2012.10.035.Ролдугин Д.С. Устойчивость стабилизации космического аппарата в направлении Солнца магнитными исполнительными органами на солнечно-синхронной орбите // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 2. https://doi.org/10.31857/S002342062260026X.Морозов В.М., Каленова В.И. Стабилизация относительного равновесия спутника при помощи магнитных моментов с учетом аэродинамических сил // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 3. С. 246–253. https://doi.org/10.31857/S0023420622030074.Roldugin D.S., Ovchinnikov M.Y. Wobble of a spin stabilized satellite with cross products of inertia and magnetic attitude control // Advances in Space Research. 2023. V. 71. Iss.1. P. 408–419. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.08.073.Inamori T., Sako N., Nakasuka S. Magnetic dipole moment estimation and compensation for an accurate attitude control in nano-satellite missions // Acta Astronautica. 2011. V. 68. Iss. 11–12. P. 2038–2046. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2010.10.022.Busch S., Bangert P., Dombrovski S. et al. UWE-3, in-orbit performance and lessons learned of a modular and flexible satellite bus for future pico-satellite formations // Acta Astronautica. 2015. V. 117. P. 73–89. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.08.002.Alken P., Thébault E., Beggan C.D. et al. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. Iss. 1. Art.ID. 49. https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-x.Зубов В.И. Лекции по теории управления. М.: Наука, 1975. 495 с.Ovchinnikov M.Y., Tkachev S.S., Karpenko S.O. A Study of Angular Motion of the Chibis-M Microsatellite with Three-Axis Flywheel Control // Cosmic Research. 2012. V. 50. Iss. 6. P. 431–440. https://doi.org/10.1134/S0010952512060044.Mashtakov Y.V., Ovchinnikov M.Y., Tkachev S.S. Study of the disturbances effect on small satellite route tracking accuracy // Acta Astronautica. 2016. V. 129. P. 22–31. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.028.Shields J., Pong C., Lo K. et al. Characterization of CubeSat Reaction Wheel Assemblies // J. Small Satellites. 2017. V. 6. Iss. 1. P. 565–580. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:195323699