[1]Изобретение относится к космической технике и может быть применено для реализации программ сведения с геостационарной орбиты (ГСО) вышедших из строя антропогенных объектов - космических аппаратов (КА), инспекции КА на ГСО, решения других задач, требующих контактного или неконтактного (информационного) взаимодействия с КА, находящимися на ГСО, а также, в ряде случаев, и на других орбитах.
[2]Известны способы сближения двух автоматических космических аппаратов с целью сведения с орбиты одного из них и устройства для этой цели. Например, взаимодействие военного КА перехватчика «ИС» с КА-целью (см., например, «60 лет труда во имя мира». - М.: Оружие и технологии, 2004, С. 241-242). Способ заключается в выведении КА «ИС» на орбиту, близкую по своим параметрам (наклонению, долготе восходящего угла, аргументу перигея, высоте, эксцентриситету) к орбите КА-цели, в период, непосредственно предшествующий применению. В полете КА «ИС», совершая маневры по командам с наземных пунктов управления, переходит в область, близкую к расположению цели, обнаруживает ее с помощью бортовой радиолокационной головки самонаведения и автономно осуществляет конечное наведение. Недостатком способа и устройства на его основе являются большие затраты характеристической скорости для осуществления маневров по выходу в область расположения КА-цели (до 1/3 бортового запаса топлива КА «ИС») и, в этой связи, невозможность повторного маневра к другой цели.
[3]Известны энергетически менее затратные устройства и способы сведения с орбиты нескольких КА путем взаимодействия с ними, в том числе на встречных курсах. Например, путем «выстреливания» неуправляемых снарядов с носителя космического базирования (система «Brilliant Pebbles», США; журнал Aviation Week&Space Technology, №13, август 2001). Недостатками системы являются отсутствие у снарядов системы самонаведения, что приводит к повышенному их расходу, необходимость нахождения носителя в непосредственной близости от сводимого КА; невозможность изменения целеуказания после запуска снарядов.
[4]Ближайшим аналогом является американская противоспутниковая система GBI (см., например, справочник Jane′s STRATEGIC WEAPON SYSTEMS, январь 2004 г.), состоящая из ракеты-носителя и ступени перехвата - маневрирующего космического аппарата, оснащенного системой управления с оптической головкой самонаведения, двигательной установкой.
[5]Ракета-носитель выводит маневрирующий КА в расчетную точку захвата оптической головкой самонаведения спутника-цели, в том числе на встречных курсах, после чего маневрирующий КА осуществляет маневр для сближения и сведения цели с орбиты (выведения цели из строя) за счет кинетической энергии соударения. По открытой информации такая система предназначалась для взаимодействия с КА, находящимися на низких и средних орбитах.
[6]Недостатком способа - ближайшего аналога и устройства на его основе являются критичная зависимость результата работы маневрирующего КА от точности выхода ракеты-носителя в расчетную область расположения цели, невозможность изменения целеуказания после старта ракеты-носителя с Земли, невозможность применения такого аппарата по нескольким целям.
[7]Целью предлагаемого изобретения является создание устройства космического аппарата для очистки геостационарной орбиты от антропогенных объектов за счет кинетической энергии соударения и способа очистки, характеризующихся возможностями гибкого изменения программы полета (выбора новой цели), сведения с орбиты нескольких космических аппаратов, пониженными затратами характеристической скорости для маневров.
[8]Указанная цель достигается тем, что космический аппарат (КА) для очистки ГСО от антропогенных объектов, содержащий двигательную установку с запасами топлива, энергоустановку и систему управления с комплексом средств наблюдения и определения параметров движения сводимого с орбиты космического аппарата (СКА), выполнен многомодульным: на его борту размещено не менее одного модуля автономного маневрирования с двигательной установкой, системой управления, головкой самонаведения, полезной нагрузкой, с возможностью отделения модуля в заданный момент времени.
[9]В соответствии со способом очистки геостационарной орбиты от антропогенных объектов, включающим запуск космического аппарата на дежурную орбиту, близкую по высоте к геостационарной орбите нахождения СКА, во встречном направлении по отношению к направлению движения СКА, производят запуск многомодульного космического аппарата (МКА), с наземного пункта управления передают МКА данные о координатах СКА и времени физического контакта с СКА, при прохождении МКА по дежурной орбите более одного витка с помощью аппаратуры МКА автономно находят заданный СКА и уточняют параметры его орбиты, рассчитывают параметры маневра для физического контакта с СКА, отделяют один из модулей автономного маневрирования для совершения маневра, физического контакта с СКА и сведения его с ГСО.
[10]При наличии на ГСО нескольких аппаратов для сведения с орбиты последовательно таким же образом автономно отделяют от МКА для совершения маневра и физического контакта с ними и остальные модули автономного маневрирования.
[11]Движение по орбите дежурства многомодульного космического аппарата до наступления полученного по командам с Земли времени совершения маневра осуществляют в режиме пониженного энергопотребления или временного перевода в нерабочее состояние не менее одной технической системы.
[12]Схема полета МКА на дежурной орбите и сближения модуля автономного маневрирования с СКА приведена на фиг. 1 (на примере МКА и одного СКА). На фиг. 2 приведена схема МКА (в составе основного модуля, далее - базового блока, с модулями автономного маневрирования на борту; виды спереди и сбоку). Приняты обозначения:
[14]2 - СКА (направление линейной скорости полета VСКА показано стрелкой);
[15]3 - МКА (направление линейной скорости полета (показано стрелкой) в момент отделения одного модуля автономного маневрирования и придания модулю автономного маневрирования импульса ΔVМКА);
[16]4 - дежурная орбита МКА;
[18]6 - переходная орбита полета модуля автономного маневрирования;
[19]7 - МКА после отделения модуля автономного маневрирования;
[20]8 - МКА, базовый блок;
[21]9 - модуль автономного маневрирования;
[22]10 - головка самонаведения модуля автономного маневрирования;
[23]11 - двигательные установки модуля автономного маневрирования;
[24]12 - энергоустановка МКА;
[25]13 - двигательная установка МКА;
[26]14 - бортовые средства наблюдения МКА за СКА.
[27]Пусть наземным пунктом управления определен космический аппарат (поз. 2, фиг. 1) на геостационарной орбите (поз. 5, фиг. 1) Земли (поз. 1, фиг. 1) для сведения с нее (вариант - несколько СКА). Заблаговременно на дежурную орбиту, находящуюся в одной плоскости с ГСО, во встречном направлении полета, выводится многомодульный космический аппарат (поз. 3, фиг. 1). На фиг. 1 (поз. 4), как пример, показана дежурная круговая орбита меньшего радиуса в сравнении с ГСО. Двигаясь по виткам дежурной орбиты, МКА автономно определяет и поддерживает заданное наклонение и высоту относительно геостационарной орбиты (орбиты расположения СКА).
[28]Во время нахождения МКА на дежурной орбите наземные станции управления определяют координаты предназначенного для сведения КА и передают их МКА; также передаются параметры времени (временного интервала) совершения маневра сведения СКА с геостационарной орбиты.
[29]До получения такой информации системы МКА, не участвующие в информационном взаимодействии с наземными станциями управления или поддержании траектории МКА, могут быть временно отключены, часть систем может находиться в режиме пониженного энергопотребления (т.н. «спящий режим» МКА).
[30]При получении вышеуказанной информации с Земли МКА автоматически рассчитывает время выхода из «спящего режима», выбирает модуль для совершения маневра сведения космического аппарата с ГСО. После выхода из «спящего режима» с использованием бортовых средств наблюдения МКА производит автономное определение СКА на геостационарной орбите, уточнение параметров его движения, расчет времени, направления и величины импульса тяги для маневра соответствующего модуля на ГСО и физического контакта с СКА.
[31]В случае получения с наземных пунктов управления информации об изменении выбора сводимого с ГСО КА МКА производит перерасчет параметров маневра модуля автономного маневрирования.
[32]После отделения от многомодульного космического аппарата, при необходимости повторного сближения с СКА либо сближения с другим СКА (заданным командами с базового блока МКА), модуль автономного маневрирования (поз. 9, фиг. 1) самостоятельно рассчитывает и совершает маневр временного ухода с геостационарной орбиты и обратный маневр в область расположения СКА.
[33]После отделения и отлета всех модулей для сближения со сводимыми космическими аппаратами МКА (базовый блок) может остаться на дежурной орбите, осуществить сближение и контакт с выбранным СКА на ГСО; совершить маневр для перехода на орбиту захоронения или маневр схода с орбиты Земли.
[34]Применение изобретения позволит снизить затраты ресурсов (топлива, ракет-носителей) на решение задачи очистки геостационарной орбиты (и, в ряде случаев, других орбит) от антропогенных объектов, вследствие использования принципов запуска космических аппаратов «навстречу» в той же плоскости; запуска «в связке» сразу нескольких КА для решения одной задачи, и, как следствие, повысить эффективность использования ракетно-космической техники.
