Отправить статью по E-mail 
Усовершенствованная численная модель движения искусственных спутников Луны и ее применение в исследовании особенностей динамики окололунных объектов
- Авторы: Попандопуло Н.А.1, Александрова А.Г.1, Кучерявченко Н.А.1, Бордовицына Т.В.1, Красавин Д.С.1
-
Учреждения:
- Томский государственный университет
- Выпуск: Том 58, № 6 (2024)
- Страницы: 783-806
- Раздел: Статьи
- URL: https://kazanmedjournal.ru/0320-930X/article/view/648555
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320930X24060139
- EDN: https://elibrary.ru/NGVXCS
- ID: 648555
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
В работе описаны усовершенствования, внесенные авторами, в опубликованную ранее Численную модель движения искусственных спутников Луны (ИСЛ). Представлены результаты исследования особенностей динамики окололунных объектов, полученные путем численного моделирования. Показано, что выявленная рядом авторов короткая продолжительность жизни низколетящих объектов на орбитах объясняется исключительно влиянием сложного гравитационного поля Луны, прежде всего радиальной составляющей силы, действующей на спутники. Рассмотрены особенности влияния светового давления (СД) на окололунные объекты. Показано, что СД расширяет область действия апсидально-нодальных резонансов, возникающих в движении окололунных объектов.
Полный текст
Об авторах
Н. А. Попандопуло
Томский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: nikas.popandopulos@gmail.com
Россия, Томск
А. Г. Александрова
Томский государственный университет
Email: nikas.popandopulos@gmail.com
Россия, Томск
Н. А. Кучерявченко
Томский государственный университет
Email: nikas.popandopulos@gmail.com
Россия, Томск
Т. В. Бордовицына
Томский государственный университет
Email: bordovitsyna@mail.ru
Россия, Томск
Д. С. Красавин
Томский государственный университет
Email: bordovitsyna@mail.ru
Россия, Томск
Список литературы
- Авдюшев В.А. Новый коллокационный интегратор для решения задач динамики. I. Теоретические основы // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 11. С. 131–140.
- Авдюшев В.А. Коллокационный интегратор Lobbie в задачах орбитальной динамики // Астрон. вестн. 2022. Т. 56. № 1. С. 36–46. (Avdyushev V.A. Collocation Integrator Lobbie in Orbital Dynamics Problems // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56 (1). P. 32–42. doi: 10.1134/S0038094622010014)
- Александрова А.Г., Авдюшев В.А., Попандопуло Н.А., Бордовицына Т.В. Численное моделирование движения околоземных объектов в среде параллельных вычислений // Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64. № 8. С. 168–175. doi: 10.1007/s11182-021-02491-3.
- Александрова А.Г., Бордовицына Т.В., Чувашов И.Н. Численное моделирование в задачах динамики околоземных объектов // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60. № 1. С. 69–76.
- Блинкова Е.В., Бордовицына Т.В. Исследование совместного влияния светового давления и вековых резонансов, связанных со средним движением Солнца, на динамику объектов в области LEO // Астрон. вестн. 2022. Т. 56. № 4. С. 219–236. doi: 10.31857/S0320930X22040028. (Blinkova E.V., Bordovitsyna T.V. Investigation of the Joint Effect of Light Pressure and Secular Resonances Associated with the Mean Motion of the Sun on the Dynamics of Objects in the LEO Region // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56 (4). P. 207–224. doi: 10.1134/S0038094622040025).
- Красавин Д.С., Александрова А.Г., Томилова И.В. Применение искусственных нейронных сетей в исследовании динамической структуры околоземного орбитального пространства // Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64. № 10. С. 38–43. doi: 10.17223/00213411/64/10/38.
- Кузнецов Э.Д. О влиянии светового давления на орбитальную эволюцию геосинхронных спутников // Астрон. вестн. 2011. Т. 45. № 5. С. 444–457. (Kuznetsov E.D. The effect of the radiation pressure on the orbital evolution of geosynchronous objects // Sol. Syst. Res. 2011. V. 45. № 5. P. 433–446.)
- Кузнецов Э.Д., Захарова П.Е., Гламазда Д.В., Кудрявцев С.О. Влияние резонансов высоких порядков на орбитальную эволюцию объектов в окрестности геостационарной орбиты // Астрон. вестн. 2014. Т. 48. № 6. С. 482–494. (Kuznetsov E.D., Zakharova P.E., Glamazda D.V., Kudryavtsev S.O. Effect of the high-order resonances on the orbital evolution of objects near geostationary orbit // Sol. Syst. Res. 2014. V. 48. № 6. P. 446–459.) doi: 10.7868/S0320930X14060048/
- Описание библиотеки torch для python − URL: https://github.com/pytorch/pytorch (06.12.2023)/
- Попандопуло Н.А., Александрова А Г., Томилова И.В., Авдюшев В.А., Бордовицына Т.В. Численное моделирование динамики искусственных спутников Луны // Астрон. вестн. 2022a. Т. 56. № 4. С. 266–284. doi: 10.31857/S0320930X22040077. (Popandopulo N.A., Aleksandrova A.G., Tomilova I.V., Avdyushev V.A., Bordovitsyna T.V. Numerical modeling of the dynamics of artificial satellites of the Moon // Sol. Syst. Res. 2022a. Т. 56. № 4. P. 252–270.)
- Попандопуло Н.А., Александрова А.Г., Бордовицына Т.В. Анализ динамической структуры вековых резонансов в окололунном орбитальном пространстве // Вестн. Томского государственного университета. Математика и механика. 2022б. № 77. С. 110–124. doi: 10.17223/19988621/77/9/
- Попандопуло Н.А., Александрова А.Г., Бордовицына Т.В. К обоснованию численно-аналитической методики выявления вековых резонансов // Изв. вузов. Физика. 2022в. Т. 65. № 6. С. 47–52.
- Belkin S.O., Kuznetsov E.D. Orbital flips due to solar radiation pressure for space debris in near-circular orbits // Acta Astronautica. 2021. 178. P. 360–369.
- Condoleo E. Lunar High precision Orbit Propagator (https://www.mathworks.com/matlabcentral/ fileexchange/64408-lunar-high-precision-orbit-propagator). 2017. MATLAB Central File Exchange. (13.09.2023)
- Gonçalves L.D., Rocco E.M., De Moraes R.V. Analysis of the influence of orbital disturbances applied to an artificial lunar satellite // J. Physics Conf. Ser. (Online). 2015. V. 641 (1). Id. 012028 (7 p.)
- Goossens S., Sabaka T., Wieczorek M., Neumann G., Mazarico E., Lemoine F., Nicholas J., Smith D., Zuber M. High-resolution gravity field models from GRAIL Data and implications for models of the density structure of the Moon's crust // J. Geophys. Res.: Planets. 2020. V. 125 (2). Id. e2019JE006086 (31 p.)
- Gordienko E.S., Ivashkin V.V., Simonov A.V. Analyzing stability of orbits of artificial satellites of the Moon and choosing the configuration of the lunar navigation satellite system // Sol. Syst. Res. 2017. V. 51 (7). P. 654–668. doi: 10.1134/S0038094617070061.
- Gupta S., Sharma R. Effect of altitude, right ascension of ascending node and inclination on lifetime of circular lunar orbits // Int. J. Astron. and Astrophys. 2011. V. 1 (3). P. 155–163.
- Konopliv A.S., Asmar S.W., Carranza E., Sjogren W.L., Park R.S., Yuan D.N. Recent gravity models as a result of the lunar prospector mission // Planet. and Space Sci. 2001. V. 150 (1). P. 1–18.
- Ramanan R.V., Adimurthy V. An analysis of near circular lunar mapping orbits // J. Earth Syst. Sci. 2005. V. 114 (6). P. 619–626.
- Song Y.J., Park S.Y., Kim H.D., Sim E.S. Development of precise lunar orbit propagator and lunar polar orbiter's lifetime analysis // J. Astron. and Space Sci. 2010. V. 27 (2). P. 97–106.
- Spherical Harmonic ASCII Model of the gravity fields of Earth's Moon GRGM1200L – 2021а −URL: https://pds-geosciences.wustl.edu/grail/ grail-l-lgrs-5-rdr-v1/grail_1001/shadr/gggrx_1200l_bouguer_sha.tab
- Spherical Harmonic ASCII Model of the gravity fields of Earth's Moon GRAIL – 2021b −URL: https://pds-geosciences.wustl.edu/grail/ grail-l-lgrs-5-rdr-v1/grail_1001/shadr/
- Wang H.-H., Liu L. A study on the relationship between the orbital lifetime and inclination of low lunar satellites // Chinese J. Astron. and Astrophys. 2005. V. 5 (6). P. 665–670.
- Valk S., Delsate N., Lemaitre A., Carletti T. Global dynamics of high area-to-mass ratios GEO space debris by means of the MEGNO indicator // Adv. Space Res. 2009. V. 43. P. 1509–1526.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Входной файл первой версии Численной модели движения ИСЛ.
Скачать (258KB)
3.
Рис. 2. Интерфейс Численной модели движения ИСЛ: (а) – основной интерфейс; (б) – выбор модели селенопотенциала.
Скачать (439KB)
4.
Рис. 3. Пояснение к заполнению поля Начальные параметры объектов.
Скачать (488KB)
5.
Рис. 4. Настройка интегратора численной модели.
Скачать (149KB)
6.
Рис. 5. Оценки времени существования на круговой полярной орбите с высотой 100 км над поверхностью в зависимости от порядка и степени селенопотенциала.
Скачать (79KB)
7.
Рис. 6. Зависимость жизни низколетящего спутника на орбите от наклонения.
Скачать (83KB)
8.
Рис. 7. Зависимости от наклонения: (а) – изменения силы, действующей на высоте 100 км над поверхностью, в орбитальной системе координат; (б) – роста эксцентриситета.
Скачать (274KB)
9.
Рис. 8. Зависимость интервала изменения большой полуоси в течение времени жизни на низкой орбите от наклонения.
Скачать (87KB)
10.
Рис. 9. Зависимости от наклонения на низких высотах величин: (а) – время жизни на орбите; (б) – максимальное значение эксцентриситета; (в) – отклонения радиальной составляющей силы; (г) – отклонения трансверсальной составляющей силы; (д) – отклонения бинормальной составляющей силы.
Скачать (443KB)
11.
Рис. 10. Влияние СД и селенопотенциала на рост эксцентриситета и продолжительность жизни объектов в окололунном пространстве: (а) – оценки роста эксцентриситетов; (б) – время жизни на орбите.
Скачать (334KB)
12.
Рис. 11. Зависимость роста эксцентриситета и продолжительности жизни объектов от влияния СД в окололунном пространстве: (а) – оценки роста эксцентриситетов; (б) – время жизни на орбите.
Скачать (330KB)
13.
Рис. 12. Оценки вклада СД в движение ИСЛ при разных значениях парусности: (а) – вклад СД в движение при A/m = 0.1 м2/кг; (б) – вклад СД в движение при A/m = 1 м2/кг.
Скачать (405KB)
14.
Рис. 13. Правила выбора типа резонансных характеристик и цветовое обозначение их на резонансных картах.
Скачать (181KB)
15.
Рис. 14. Области влияния апсидального резонанса первого порядка : (а) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (142KB)
16.
Рис. 15. Области влияния апсидального резонанса второго порядка : (а) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (126KB)
17.
Рис. 16. Области влияния апсидального резонанса второго порядка : (a) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (116KB)
18.
Рис. 17. Области влияния нодальных резонансов второго порядка : (a) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (93KB)
19.
Рис. 18. Области влияния апсидально-нодального резонанса третьего порядка : (a) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (113KB)
20.
Рис. 19. Области влияния апсидально-нодального резонанса третьего порядка : (a) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (115KB)
21.
Рис. 20. Области влияния апсидального резонанса первого порядка : (а) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m =1 м2/кг.
Скачать (126KB)
22.
Рис. 21. Области влияния апсидального резонанса второго порядка : (а) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (126KB)
23.
Рис. 22. Области влияния апсидального резонанса второго порядка : (a) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2/кг; (в) – A/m = 1 м2/кг.
Скачать (122KB)
24.
Рис. 23. Области влияния апсидального резонанса второго порядка : (a) – без СД; (б) – A/m = 0.1 м2 /кг; (в) – A/m = 1 м2 /кг.
Скачать (114KB)
25.
Рис. 24. Примеры разностей областей влияния апсидально-нодальных резонансов, полученных с учетом и без учета воздействия СД. Левые части рисунков демонстрируют сравнение с A/m = 0.1 м2/кг, а правой – с A/m = 1 м2/кг. Показаны разности областей действия нескольких резонансов разных порядков: (а) – для резонанса ; (б) – для резонанса ; (в) – для резонанса .
Скачать (294KB)
26.
Рис. 25. Карты наложений вековых резонансов при учете и отсутствии влияния СД: (а) – наложение только неустойчивых резонансов; (б) – наложение только устойчивых резонансов; (в) – наложение устойчивых и неустойчивых
Скачать (395KB)
