Моделирование построения региональной группировки наноспутников путем попутного запуска с различных космодромов

  • Александр Александрович Спиридонов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Василина Сергеевна Баранова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Алексеевич Саечников Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Владимирович Ушаков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Разработана маршрутная карта построения региональной группировки наноспутников путем попутного запуска по информации китайских провайдеров. Для создания группировки наноспутников, решающей целевые задачи сбора данных с мобильных объектов и обслуживания сервисов, был разработан программный модуль, предназначенный для анализа орбитального построения глобальной группировки Spire Global, выполняющей аналогичные задачи. Структура группировки наноспутников Spire Global изучена на основе анализа базы данных орбитальных параметров, представленных в формате TLE (two-line element set ), а также баз данных спутниковых группировок и сайта разработчика. Для построения группировки использовались две схемы запуска – запуск с Международной космической станции и попутный запуск. Исследованы схемы развертывания наноспутников, орбитальные параметры и параметры полета. Для моделирования построения региональной группировки проанализированы запуски наноспутников с космодромов Тайюань и Цзюцюань на орбиты с наклонением около 90°, наилучшим образом соответствующие пролету над Минском (ϕ = 53°54′ 27″ с. ш., λ = 27°33′52″ в. д.). Разработан метод предполетного прогнозирования орбиты наноспутника при попутном запуске. Данный метод предполагает определение вектора состояния наноспутника в первый день полета и на начало выполнения группировкой целевой задачи. Начальные данные, необходимые для моделирования предложенным методом, включают в себя время запуска, координаты космодрома, тип ракеты-носителя, наклонение и высоту орбиты (период). Также проводился анализ истории запусков и динамики движения спутника на аналогичных орбитах. Установлено, что для организации региональной группировки со средней продолжительностью перерыва радиовидимости порядка 36 мин при максимальном значении 85 мин достаточно пяти запусков

Биографии авторов

Александр Александрович Спиридонов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель и научный сотрудник кафедры физики и аэрокосмических технологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

Василина Сергеевна Баранова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

ассистент кафедры физики и аэрокосмических технологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

Владимир Алексеевич Саечников, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой физики и аэрокосмических технологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

Дмитрий Владимирович Ушаков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; декан факультета радиофизики и компьютерных технологий

Литература

  1. Martinov AO, Katkouski LV, Stanchick VV, Beliaev BI. Investigation of the atmosphere with a scanning solar spectropolarimeter. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2018;3:20–30. Russian.
  2. Kovalenko MN, Minko AA, Didkovsky YI, Pasliadovich MR, Sharashkin SN. Prototype of a wide-angle optoelectronic scanner with a system for data recording, storage, and processing. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2018;3:31–37. Russian.
  3. Saetchnikov V, Semenovich S, Spiridonov A, Tcherniavskaia E, Cherny V, Stetsko I, et al. BSUSat-1 – research / educational lab – one year in orbit. In: IEEE 7th International workshop on metrology for AeroSpace (MetroAeroSpace); 2020 June 22–24; Pisa, Italy. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 2020. p. 111–116. DOI: 10.1109/MetroAeroSpace48742.2020.9160137.
  4. Villela T, Costa CA, Brandão AM, Bueno FT, Leonardi R. Towards the thousandth cubesat: a statistical overview. International Journal of Aerospace Engineering. 2019;2019:5063145. DOI: 10.1155/2019/5063145.
  5. Garzaniti N, Tekic Z, Kukolj D, Golkar A. Review of technology trends in new space missions using a patent analytics approach. Progress in Aerospace Sciences. 2021;125:100727. DOI: 10.1016/j.paerosci.2021.100727.
  6. Curzi G, Modenini D, Tortora P. Large constellations of small satellites: a survey of near future challenges and missions. Aerospace. 2020;7(9):133. DOI: 10.3390/aerospace7090133.
  7. Spiridonov AA, Veligan VA, Shalatonin IA, Baranova VS, Ushakov DV, Cherny VE, et al. Low-orbit constellations of small sized satellites. In: Kugeiko MM, Afonenko AA, Barkova AV, editors. Kvantovaya elektronika. Materialy XIII Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii; 22–26 noyabrya 2021 g.; Minsk, Belarus’ [Quantum electronics: materials of the 13th International scientific and technical conference; 2021 November 22–26; Minsk, Belarus]. Minsk: Belarusian State University; 2021. p. 421–424. Russian.
  8. Nanosatellite & cubesat database [Internet]. [S. l.]: Erik Kulu; 2014–2022 [modified 2022 January 1; cited 2022 March 20]. Available from: https://www.nanosats.eu/database.
  9. Spiridonov AA, Kesik AG, Saechnikov VA, Cherny VE, Ushakov DV. Determination of the orbit of an unknown ultra-small spacecraft based on the circular perturbed motion model and measurements of the Doppler frequency shift. Moscow University Physics Bulletin. 2020;75(5):488–495. DOI: 10.3103/S0027134920050203.
  10. Masters D, Duly T, Esterhuizen S, Irisov V, Jales P, Nguyen V, et al. Status and accomplishments of the Spire Earth observing nanosatellite constellation. Proceedings of SPIE. Remote Sensing. 2020;11530:115300V. DOI: 10.1117/12.2574110.
  11. McGrath C, Kerr E, Macdonald M. An analytical, low-cost deployment strategy for satellite constellations. In: Hatton S, editor. Proceedings of the 13th Reinventing space conference. Cham: Springer; 2018. p. 107–116. DOI: 10.1007/978-3-319-32817-1_11.
  12. Leppinen H. Deploying a single-launch nanosatellite constellation to several orbital planes using drag maneuvers. Acta Astronautica. 2016;121:23–28. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.12.036.
  13. Marinan A, Nicholas A, Cahoy K. Ad hoc CubeSat constellations: secondary launch coverage and distribution. In: IEEE Aerospace conference; 2013 March 2–9; Big Sky, MT, USA. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 2013. DOI: 10.1109/ aero.2013.6497174.
  14. Park JH, Matsuzawa S, Inamori T, Jeung I-S. Nanosatellite constellation deployment using on-board magnetic torquer interaction with space plasma. Advances in Space Research. 2018;61(8):2010–2021. DOI: 10.1016/j.asr.2018.01.038.
  15. Klyushnikov VYu. Status and prospects of developing commercial nano satellite constellations for Earth remote sensing. AIP Conference Proceedings. 2021;2318(1):190008. DOI: 10.1063/5.0036069.
  16. Harnessing space to solve problems on Earth [Internet; cited 2022 March 14]. Available from: https://spire.com.
  17. Angling MJ, Nogués-Correig O, Nguyen V, Vetra-Carvalho S, Bocquet F-X, Nordstrom K, et al. Sensing the ionosphere with the Spire radio occultation constellation. Journal of Space Weather and Space Climate. 2021;11:56. DOI: 10.1051/swsc/2021040.
  18. NORAD general perturbations (GP) element sets. Current data [Internet; cited 2022 March 14]. Available from: https://celestrak.com/NORAD/elements/.
  19. Vallado DA. Fundamentals of astrodynamics and applications. 4th edition. Wertz J, editor. Hawthorne: Microcosm Press; 2013. 1106 p.
  20. Vallado DA, Crawford P, Hujsak R, Kelso TS. Revisiting spacetrack report #3. In: AIAA/AAS Astrodynamics specialist conference and exibit; 2006 August 21–24; Keystone, Colorado, USA. [S. l.]: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 2006. DOI: 10.2514/6.2006-6753.
  21. Wang R, Liu J, Zhang QM. Propagation errors analysis of TLE data. Advances in Space Research. 2009;43(7):1065–1069. DOI: 10.1016/j.asr.2008.11.017.
  22. Spiridonov AA, Saetchnikov VA, Ushakov DV, Cherny VE. Pre-Flight calculation of the orbital parameters of a small satellite. AIP Conference Proceedings. 2022;2456(1):030037. DOI: 10.1063/5.0074461.
  23. Lysenko LN, Betanov VV, Zvyagin FV. Teoreticheskie osnovy ballistiko-navigatsionnogo obespecheniya kosmicheskikh poletov [Theoretical foundations of ballistic and navigation support for space flights]. Lysenko LN, editor. Moscow: Izdatel’stvo MGTU imeni N. E. Baumana; 2014. 518 p. Russian.
  24. Capderou M. Satellites orbits and missions. Paris: Springer; 2005. 564 p. DOI: 10.1007/b139118.
Опубликован
2022-06-22
Ключевые слова: группировка наноспутников, попутный запуск, предполетное прогнозирование орбиты
Поддерживающие организации Работа выполнена при поддержке государственных программ научных исследований Республики Беларусь «Высокотехнологичные технологии и оборудование» и «Цифровые и космические технологии, безопасность человека, общества и государства».
Как цитировать
Спиридонов, А. А., Баранова, В. С., Саечников, В. А., & Ушаков, Д. В. (2022). Моделирование построения региональной группировки наноспутников путем попутного запуска с различных космодромов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 50-59. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-2-50-59