ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.078 The goal of this article is to develop a procedure for estimating the deorbit time of used spacecraft and space debris from a nearly circular low-Earth orbit. The paper presents, in a convenient for practical calculations form, an equation of motion of a...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
текст 3
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/142 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
Репозитарії
Technical Mechanics| id |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-142 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Technical Mechanics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-10T21:18:53Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
зниження орбіти космічне сміття оцінка часу сходу космічного апарата з орбіти атмосферний опір модель густини атмосфери. |
| spellingShingle |
зниження орбіти космічне сміття оцінка часу сходу космічного апарата з орбіти атмосферний опір модель густини атмосфери. LAZUCHENKOV, D. N. ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ |
| topic_facet |
orbital decay space debris spacecraft deorbit time estimation atmospheric drag atmospheric density model зниження орбіти космічне сміття оцінка часу сходу космічного апарата з орбіти атмосферний опір модель густини атмосфери. |
| format |
Article |
| author |
LAZUCHENKOV, D. N. |
| author_facet |
LAZUCHENKOV, D. N. |
| author_sort |
LAZUCHENKOV, D. N. |
| title |
ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ |
| title_short |
ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ |
| title_full |
ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ |
| title_fullStr |
ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ |
| title_full_unstemmed |
ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ |
| title_sort |
оцінка часу сходу космічного апарата та космічного сміття з низької навколоземної орбіти |
| title_alt |
ESTIMATION OF THE DEORBIT TIME OF SPACECRAFT AND SPACE DEBRIS FROM LEO |
| description |
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.078
The goal of this article is to develop a procedure for estimating the deorbit time of used spacecraft and space debris from a nearly circular low-Earth orbit. The paper presents, in a convenient for practical calculations form, an equation of motion of a body along a circular orbit under the action of the atmospheric drag and a given active force. At the observation stage, available online data on the orbit altitude and a model atmospheric density allow one to approximate the ballistic coefficient of the body, which is nearly always unknown in practice. At the estimation stage, the deorbit process is calculated using the approximate ballistic coefficient found previously. The deorbit time calculation error is determined as a function of the duration of the observation and estimation stages for different atmospheric models. The proposed procedure allows one to estimate the minimum acceleration to deorbit the body in a given time. The procedure is validated by calculating the deorbit time of a spacecraft whose uncontrolled flight lasted 16 years: the error is about 10 per cent of the actual deorbit time. The proposed procedure may be used in estimating the life time of space debris objects and in planning the active deorbit of spacecraft at the end of their service life. The proposed procedure may be a basis for future development with account for other interactions between an orbiting body and the space environment.
REFERENCES
1. European Space Agency. ESA Space Debris Mitigation Requirements, ESSB-ST-U-007, Issue 1. 83 pp. URL: https://technology.esa.int/upload/media/ESA-Space-Debris-Mitigation-Requirements-ESSB-ST-U-007-Issue1.pdf (Last accessed on January 23, 2025).
2. State-of-the-Art Small Spacecraft Technology. NASA Ames Research Center, Small Spacecraft Systems Virtual Institute. Moffett Field, CA 94035-1000. 416 pp. URL: https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/02/soa-2024.pdf (Last accessed on February 12, 2025).
3. ESA's Annual Space Environment Report. 144 pp. URL: https://www.sdo.esoc.esa.int/environment_report/Space_Environment_Report_latest.pdf (Last accessed on February 6, 2025).
4. ESA-DRAMA: Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis. URL: https://sdup.esoc.esa.int/drama/downloads/setup/3.1.1/setup_DRAMA-3.1.1_windows.exe (Last accessed on February 6, 2025).
5. Miyata K., Kawashima R., Inamori T. Detailed analysis of aerodynamic effect on small satellites. Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan. 2018. V. 16. Iss. 5. Рp. 432-440. https://doi.org/10.2322/tastj.16.432
6. Montenbruck O., Gill E. Satellite Orbits: Models, Methods, and Applications. Berlin Heidelberg: Springer, 2000. 369 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58351-3
7. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/models/ (Last accessed on February 18, 2025).
8. Mutschler S., Tobiska W., Pilinski M. et al. A Survey of Current Operations-Ready Thermospheric Density Models for Drag Modeling in LEO Operations. AMOS Conference, Maui, HI, USA, October 2023. URL: https://www.researchgate.net/publication/374998825 (Last accessed on February 18, 2025).
9. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues. J. Geophys. Res. 2002. V. 107. Pp. 1-15.https://doi.org/10.1029/2002JA009430
10. URL: https://celestrak.org (Last accessed on February 18, 2025).
11. ECSS-E-ST-10-04C Rev.1 - Space environment. 208 pp. URL: https://ecss.nl/standard/ecss-e-st-10-04c-rev-1-space-environment-15-june-2020/ (Last accessed on February 20, 2025).
12. Braun V., Flegel S., Gelhaus J. at al. Impact of solar flux modeling on satellite lifetime predictions. 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy, October 2012. URL: https://www.researchgate.net/publication/271729675 (Last accessed on February 20, 2025).
13. URL: https://static.sdo.esoc.esa.int/SOLMAG/long_term.dat (Last accessed on February 20, 2025).
14. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Earth_Radiation_Budget_Satellite (Last accessed on February 20, 2025). |
| publisher |
текст 3 |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/142 |
| work_keys_str_mv |
AT lazuchenkovdn estimationofthedeorbittimeofspacecraftandspacedebrisfromleo AT lazuchenkovdn ocínkačasushodukosmíčnogoaparatatakosmíčnogosmíttâznizʹkoínavkolozemnoíorbíti |
| first_indexed |
2025-10-30T02:49:51Z |
| last_indexed |
2025-11-11T03:05:10Z |
| _version_ |
1851757051100790784 |
| spelling |
oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1422025-11-10T21:18:53Z ESTIMATION OF THE DEORBIT TIME OF SPACECRAFT AND SPACE DEBRIS FROM LEO ОЦІНКА ЧАСУ СХОДУ КОСМІЧНОГО АПАРАТА ТА КОСМІЧНОГО СМІТТЯ З НИЗЬКОЇ НАВКОЛОЗЕМНОЇ ОРБІТИ LAZUCHENKOV, D. N. orbital decay, space debris, spacecraft deorbit time estimation, atmospheric drag, atmospheric density model зниження орбіти, космічне сміття, оцінка часу сходу космічного апарата з орбіти, атмосферний опір, модель густини атмосфери. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.078 The goal of this article is to develop a procedure for estimating the deorbit time of used spacecraft and space debris from a nearly circular low-Earth orbit. The paper presents, in a convenient for practical calculations form, an equation of motion of a body along a circular orbit under the action of the atmospheric drag and a given active force. At the observation stage, available online data on the orbit altitude and a model atmospheric density allow one to approximate the ballistic coefficient of the body, which is nearly always unknown in practice. At the estimation stage, the deorbit process is calculated using the approximate ballistic coefficient found previously. The deorbit time calculation error is determined as a function of the duration of the observation and estimation stages for different atmospheric models. The proposed procedure allows one to estimate the minimum acceleration to deorbit the body in a given time. The procedure is validated by calculating the deorbit time of a spacecraft whose uncontrolled flight lasted 16 years: the error is about 10 per cent of the actual deorbit time. The proposed procedure may be used in estimating the life time of space debris objects and in planning the active deorbit of spacecraft at the end of their service life. The proposed procedure may be a basis for future development with account for other interactions between an orbiting body and the space environment. REFERENCES 1. European Space Agency. ESA Space Debris Mitigation Requirements, ESSB-ST-U-007, Issue 1. 83 pp. URL: https://technology.esa.int/upload/media/ESA-Space-Debris-Mitigation-Requirements-ESSB-ST-U-007-Issue1.pdf (Last accessed on January 23, 2025). 2. State-of-the-Art Small Spacecraft Technology. NASA Ames Research Center, Small Spacecraft Systems Virtual Institute. Moffett Field, CA 94035-1000. 416 pp. URL: https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/02/soa-2024.pdf (Last accessed on February 12, 2025). 3. ESA's Annual Space Environment Report. 144 pp. URL: https://www.sdo.esoc.esa.int/environment_report/Space_Environment_Report_latest.pdf (Last accessed on February 6, 2025). 4. ESA-DRAMA: Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis. URL: https://sdup.esoc.esa.int/drama/downloads/setup/3.1.1/setup_DRAMA-3.1.1_windows.exe (Last accessed on February 6, 2025). 5. Miyata K., Kawashima R., Inamori T. Detailed analysis of aerodynamic effect on small satellites. Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan. 2018. V. 16. Iss. 5. Рp. 432-440. https://doi.org/10.2322/tastj.16.432 6. Montenbruck O., Gill E. Satellite Orbits: Models, Methods, and Applications. Berlin Heidelberg: Springer, 2000. 369 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58351-3 7. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/models/ (Last accessed on February 18, 2025). 8. Mutschler S., Tobiska W., Pilinski M. et al. A Survey of Current Operations-Ready Thermospheric Density Models for Drag Modeling in LEO Operations. AMOS Conference, Maui, HI, USA, October 2023. URL: https://www.researchgate.net/publication/374998825 (Last accessed on February 18, 2025). 9. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues. J. Geophys. Res. 2002. V. 107. Pp. 1-15.https://doi.org/10.1029/2002JA009430 10. URL: https://celestrak.org (Last accessed on February 18, 2025). 11. ECSS-E-ST-10-04C Rev.1 - Space environment. 208 pp. URL: https://ecss.nl/standard/ecss-e-st-10-04c-rev-1-space-environment-15-june-2020/ (Last accessed on February 20, 2025). 12. Braun V., Flegel S., Gelhaus J. at al. Impact of solar flux modeling on satellite lifetime predictions. 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy, October 2012. URL: https://www.researchgate.net/publication/271729675 (Last accessed on February 20, 2025). 13. URL: https://static.sdo.esoc.esa.int/SOLMAG/long_term.dat (Last accessed on February 20, 2025). 14. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Earth_Radiation_Budget_Satellite (Last accessed on February 20, 2025). DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.03.078 Метою цієї статті є розробка процедури оцінки терміну зведення з низької майже кругової навколоземної орбіти космічних апаратів та об'єктів космічного сміття. Сформульовано у зручному для практичних розрахунків вигляді рівняння руху тіла по круговій орбіті при дії на нього атмосферного тертя та при наявності заданої активної сили. На етапі спостереження, за доступними онлайн даними про висоту орбіти та з використанням модельної густини атмосфери апроксимований балістичний коефіцієнт тіла, значення якого на практиці майже завжди невідомо. На етапі оцінки проведено розрахунок процесу деорбітінгу з використанням раніше знайденої апроксимації балістичного коефіцієнта. Визначено похибку в розрахунку терміну деорбітінгу в залежності від тривалості етапів спостереження та оцінки. Проведено аналіз точності розрахунку часу деорбітінгу для різних моделей густини атмосфери. Розроблена процедура дозволяє оцінити мінімально необхідне прискорення, яке забезпечує зведення з орбіти тіла протягом заданого часу. Працездатність процедури підтверджено розрахунками деорбітінгу космічного апарата, який перебував у некерованому польоті протягом 16 років. Термін деорбітингу оцінено з похибкою близько 1 % від фактичного терміну. Запропонована процедура може бути використана для оцінки терміну перебування на орбіті об'єктів космічного сміття, а також при плануванні активного деорбітінгу космічних апаратів наприкінці терміну їх експлуатації. Запропонована процедура може бути основою для майбутнього розвитку, враховуючи інші взаємодії між тілом на орбіті та космічним середовищем. ПОСИЛАННЯ 1. European Space Agency. ESA Space Debris Mitigation Requirements, ESSB-ST-U-007, Issue 1. 83 p. URL: https://technology.esa.int/upload/media/ESA-Space-Debris-Mitigation-Requirements-ESSB-ST-U-007-Issue1.pdf (Last accessed on January 23, 2025). 2. State-of-the-Art Small Spacecraft Technology. NASA Ames Research Center, Small Spacecraft Systems Virtual Institute. Moffett Field, CA 94035-1000. 416 p. URL: https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/02/soa-2024.pdf (Last accessed on February 12, 2025). 3. ESA’s annual space environment report. 144 p. URL: https://www.sdo.esoc.esa.int/environment_report/Space_Environment_Report_latest.pdf (Last accessed on February 6, 2025). 4. ESA-DRAMA: Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis. URL: https://sdup.esoc.esa.int/drama/downloads/setup/3.1.1/setup_DRAMA-3.1.1_windows.exe (Last accessed on February 6, 2025). 5. Miyata K., Kawashima R., Inamori T. Detailed Analysis of Aerodynamic Effect on Small Satellites. Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Space Technology, Japan. 2018. V. 16. Р. 432–440. https://doi.org/10.2322/TASTJ.16.432 6. Montenbruck O., Gill E. Satellite Orbits: Models, Methods, and Applications. Springer Berlin, Heidelberg, 2000. 369 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58351-3 7. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/models/ (Last accessed on February 18, 2025). 8. Mutschler S., Tobiska W., Pilinski M. at al. A Survey of Current Operations-Ready Thermospheric Density Models for Drag Modeling in LEO Operations. AMOS Conference, Maui, HI, USA, October 2023. URL: https://www.researchgate.net/publication/374998825 (Last accessed on February 18, 2025). 9. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues. J. Geophys. Res., 2002. V. 107. P. 1–15. https://doi.org/10.1029/2002JA009430 10. URL: https://celestrak.org (Last accessed on February 18, 2025). 11. ECSS-E-ST-10-04C Rev.1 – Space environment. 208 p. URL: https://ecss.nl/standard/ecss-e-st-10-04c-rev-1-space-environment-15-june-2020/ (Last accessed on February 20, 2025). 12. Braun V., Flegel S., Gelhaus J. at al. Impact of Solar Flux Modeling on Satellite Lifetime Predictions. 63rd International Astronautical Congress, Naples, Italy, October 2012. URL: https://www.researchgate.net/publication/271729675 (Last accessed on February 20, 2025). 13. URL: https://static.sdo.esoc.esa.int/SOLMAG/long_term.dat (Last accessed on February 20, 2025). 14. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Earth_Radiation_Budget_Satellite (Last accessed on February 20, 2025) текст 3 2025-10-28 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/142 Technical Mechanics; No. 3 (2025): Technical Mechanics; 78-86 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 3 (2025): Technical Mechanics; 78-86 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 3 (2025): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 78-86 en https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/142/55 Copyright (c) 2025 Technical Mechanics |