Макеев Н.Н.
ДИНАМИКА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛА В ПОЛЕ СИЛ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ *
Аннотация:
приводится краткий аналитический обзор результатов исследования динамических свойств космических тел при их движении в поле давления светового потока излучения Солнца. Получены основные качественные характеристики состояния тела в каждом из действующих режимов его движения, а также оценки значений его термофизических параметров и диапазоны их изменения
Ключевые слова:
космическое тело, динамика, поле светового давления, перманентное вращение, положение равновесия
DOI 10.24412/2712-8849-2023-663-772-776
УДК 531.381; 539.8
Макеев Н.Н.
научный сотрудник
Саратовский научный центр РАН
(г. Саратов, Россия)
ДИНАМИКА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛА
В ПОЛЕ СИЛ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Аннотация: приводится краткий аналитический обзор результатов исследования динамических свойств космических тел при их движении в поле давления светового потока излучения Солнца. Получены основные качественные характеристики состояния тела в каждом из действующих режимов его движения, а также оценки значений его термофизических параметров и диапазоны их изменения.
Ключевые слова: космическое тело, динамика, поле светового давления, перманентное вращение, положение равновесия.
Результаты исследования, проведённого на основе положений источника [1], приводятся далее по содержанию публикаций [2−5].
Параллельный световой поток (СП) солнечного излучения, динамически взаимодействуя с космическим телом (КТ), оказывает на него моментно-силовое воздействие, в результате чего образуется поле сил светового давления (СД-поле), определяющее характер движения и устойчивости равновесия тела.
В СД-поле существуют перманентные вращения (ПВ) и положения равновесия (ПР) космических тел относительно инерциального пространства. Всего ПР в консервативном СД-поле существует по крайней мере восемь; условия их возникновения и стабилизации определяются ограничениями, наложенными на термомехнические параметры КТ n1, n2 и на значения диссипативной функции.
Для найденных ПР КТ и параметров n1, n2 функции , где u − угловой направляющий параметр, установлена слабая зависимость ПР от параметра n2 и сильная зависимость от величины n1. Ограничения, налагаемые на диссипативную функцию для нескольких ПР, являются требованиями её однородности по аргументу. Взаимосвязи между параметрами n1, n2 являются линейными зависимостями при фиксированных значениях направляющего угла между заданными осями подвижной системы координат.
Найденные ПР КТ при определённых условиях являются устойчивыми по Ляпунову. Эти условия наложены на осевые центральные моменты инерции КТ, компоненты стабилизирующего момента и параметр n2, а также на значения диссипативной функции и её производной. Вследствие этого устойчивость ПР КТ определяется совокупностью факторов, влияющих на состояние КТ: структурно-динамическими характеристиками, параметрами силовых полей и диссипацией.
Достаточные условия устойчивости ПР содержат термомеханический параметр n2 и не зависят от величины n1. Это свойство составляет характерную особенность консервативного СД-поля. При этом наличие в данных условиях параметра n2 усиливает эти ограничения по сравнению со случаем, при котором n2 = 0. Аналогичное свойство относится и к параметрам стабилизирующего момента, содержащихся в условиях устойчивости ПР КТ. Условия устойчивости этих ПР позволяют компенсировать силовой момент СД-поля путём выбора величины результирующего стабилизирующего силового момента. Вместе с тем, варьирование величин термомеханических и конструкционных параметров КТ может привести к компенсации динамического эффекта стабилизирующего силового воздействия.
Результирующий момент сил СД-поля, действующий на КТ в ПР, может быть уравновешен стабилизирующим моментом при определённом выборе значений величин его компонент. Существуют такие наборы значений параметров n1, n2 и стабилизирующих параметров, при которых совместное действие системы стабилизации и СД-поля взаимно усиливают друг друга, обеспечивая дополнительный запас устойчивости ПР КТ.
Перманентное вращение КТ в консервативном СД-поле в регулярных случаях существуют лишь для КТ с осевой центральной кинетической симметрией. Для остальных КТ ПВ возможны только в вырожденных (нерегулярных) случаях. Существуют характерные критические значения угловых скоростей ПВ КТ, величины которых определяются значениями параметров n1, n2. При этом имеются соотношения, связывающие угловую скорость ПВ КТ, угол нутации тела и критические скорости вращения.
При ПВ КТ на плоскости управляющих параметров λ, ω для значения существуют четыре точки бифуркации. Вследствие этого КТ, совершающее в СД-поле ПВ, идентифицируется с многочастотной динамической системой эволюционного типа, у которой в точках бифуркации возможно изменение характера устойчивости ПВ (смена устойчивого режима вращения на неустойчивый и наоборот).
Установлены оценки в форме неравенств, содержащих скорость прецессии КТ и критические значения его угловой скорости. Характер оценки этих неравенств изменяется на противоположный при переходе от случая, при котором , к противоположному случаю и при обратном переходе. Здесь Aj − главные центральные осевые моменты инерции КТ.
Конфигурация конуса осей ПВ КТ зависит от величин параметров n1, n2 и от форм его геометрических вырождений, существующих при осевой кинетической симметрии КТ, а также при кинетической асимметрии тела, если n1 = 0. В последнем случае скорость ПВ КТ совпадает по величине с критической угловой скоростью тела. Эта особенность является характерным свойством ПВ КТ в консервативном стационарном СД-поле.
Определены условия равномерной асимптотической устойчивости ПР КТ, совершающего маятниковое движение в СД-поле при нулевом значении параметра n1 и положительном значении величины n2 с учётом воздействия на него нестационарного линейного диссипативного момента сил. Наличие этого достаточного условия определяет принципиальную возможность существования ПР КТ, совершающего маятниковое движение в стационарном СД-поле, обладающего свойством асимптотической устойчивости.
Получены достаточные условия устойчивости вырожденного особого движения КТ в СД-поле при наличии его осевой структурно-динамической симметрии и условия Движением такого рода является ПВ КТ вокруг его гелиоцентрической оси, рассматриваемое как особый вырожденный случай регулярной прецессии КТ, существующий при значениях
Найдена открытая область устойчивого состояния, существующего при параметрическом условии n2 < 0. Установлено достаточное условие устойчивости ПВ на границе области устойчивости, которое для СД-поля сводится к ограничению n2 < 0.
Приведённые результаты могут быть применены при разработке теории движения, устойчивости и стабилизации динамических систем, функционирующих в СД-поле, а также при прогнозировании движения КТ в поле солнечного излучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №6 (63) том 2
Ссылка для цитирования:
Макеев Н.Н. ДИНАМИКА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛА В ПОЛЕ СИЛ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ // Вестник науки №6 (63) том 2. С. 772 - 776. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8886 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+