Кафедра небесной механики математико-механического факультета СпбГУ

Данное исследование ведет Тихонов Алексей Александрович, профессор, доктор физ.-мат. наук.

Динамика космических летательных аппаратов

Имеется интерес к установлению сотрудничества с организациями, располагающими материальными средствами и заинтересованными в поддержке и развитии фундаментальных и прикладных исследований, имеющих значение для приоритетных направлений в науке, технике и технологиях.

Предлагаемые области фундаментальных и прикладных исследований:

1. Математическое моделирование;

2. Динамика твердого тела;

3. Управление движением;

4. Нелинейные колебания в механических системах (в том числе, MEMS);

5. Устойчивость движения;

Остановимся подробно лишь на одной актуальной проблеме, исследуемой в коллективе кафедры и уже располагающей патентоспособными решениями.

Проблема обеспечения угловой ориентации космического аппарата является важной и актуальной проблемой современной космодинамики. Поэтому известные методы управления ориентацией космических аппаратов требуют постоянного совершенствования.

На кафедре теоретической и прикладной механики разработаны принципиально новые электродинамические методы управления вращательным движением космических аппаратов и устройства для их реализации, защищенные патентами России.

Исследования поставленной проблемы ведутся в авторском коллективе с середины 90-х годов. Результаты работы кафедры отражены более чем в 20 публикациях, двух заявках на изобретения, кандидатской и докторской диссертациях. В результате выполненных фундаментальных исследований сотрудниками кафедры обнаружены новые принципиально важные стороны взаимодействия космических аппаратов с геофизическими полями, которые невозможно выявить, используя ранее применявшиеся математические модели. Получаемые в авторском коллективе результаты находятся на мировом уровне, а ожидаемые результаты будут определять мировой уровень в данной области науки.

В 2005-2007 годах в авторском коллективе были выполнены фундаментальные исследования взаимодействия геомагнитного поля с движущимся относительно него твердым телом (проект РФФИ 05-01-01073). В итоге были получены не только новые результаты, имеющие теоретическое значение, но и обнаружена возможность их прикладного применения, в направлении разработки методов электродинамического управления угловым положением твердого тела. Доказана возможность использования лоренневых сил для управления вращательным движением тела, что открывает перспективу создания принципиально новых – электродинамических методов управления ориентацией и стабилизацией космических аппаратов. Разработаны теоретические основы для построения математических моделей динамики вращательного движения космического аппарата, взаимодействующего с геомагнитным полем посредством лореннева и магнитного моментов. Обоснована возможность интегрированного использования указанных моментов в единой электродинамической системе управления ориентацией космических аппаратов.

Планируемые исследования должны привести к созданию принципиально новых, не имеющих аналогов, систем управления ориентацией и стабилизацией космических аппаратов. По сравнению с известными методами электродинамические методы управления отличаются такими достоинствами как простота закона управления, надежность, экономичность, малая масса, возможность использования основных элементов системы управления не только для ориентации космических аппаратов, но и для обеспечения их электростатической радиационной защиты. Поэтому потребности рынка к указанным системам управления ориентацией и стабилизацией определяются не только общей высокой значимостью систем управления космических аппаратов для их успешного функционирования на орбите, но и актуальностью решения двух различных технических задач (обеспечение ориентации и защита от ионизирующего излучения) с помощью одного устройства для реализации предложенного метода.

Решение поставленных задач производится с использованием не только традиционно известных методов классической механики и математики, но и принципиально новых методов и подходов, разработанных авторами.

Возможные результаты работы авторского коллектива относятся к космической технике, соответствуют приоритетному направлению развития науки, технологий и техники в Российской федерации «Транспортные, авиационные и космические системы» и могут быть использованы в практике разработки и конструирования систем управления ориентацией космических аппаратов. В первую очередь, такие системы управления ориентацией станут полезными для космических аппаратов, содержащих биологические или электронные компоненты, чувствительные к ионизирующему излучению.