Nano-Accelerometers for Acceleration Measurement of Objects Moving in the Rarefied Gaseous Environments

В статье рассматривается решение проблемы определения нано-ускорения движения твёрдого тела в разреженной газовой среде. При этом в качестве разреженных сред, оказывающих сопротивление движению объектов, рассматриваются аналоги разреженных слоёв верхней атмосферы Земли в диапазоне высот до 1500 км и более, а в качестве основных объектов исследования, на которые ориентирована система разработанных методов, выступают космические аппараты различного целевого назначения. Для решения данной проблемы используется принципиально новый способ определения ускорения движения объектов в разреженных газовых средах. В его основе лежит принцип эффекта взаимодействия кинематически связанных твёрдых тел, движущихся в разреженной газовой среде и отличающихся между собой массой, площадью миделевого сечения и коэффициентами лобового сопротивления этой среде. При этом, в общем случае, возможны самые разнообразные варианты взаимодействия твёрдых тел в разреженной газовой среде. В статье дано краткое математическое обоснование алгоритмов определения ускорения движения объектов в разреженной газовой среде. Проведено исследование алгоритма нано-акселерометра для объекта с двумя твердыми телами для случаев, когда масса исследуемого тела постоянна или изменяется случайно во времени. Получены характеристики изменения орбиты исследуемого тела под воздействием внешних сил в разреженной газовой среде в зависимости от интервала времени между режимами автоматической коррекции орбит. Моделирование особенностей функционирования исследуемого объекта с нано-акселерометром данного класса проводилось с применением функций МАТЛАВ и Симулинк. Результаты исследований подтверждают эффективность использования нано-акселерометров данного класса для реальных объектов, функционирующих в разреженной газовой среде. Измеренное нано- акселерометром ускорение будет использоваться для коррекции движения объекта на заданной орбите при любых изменениях возмущающих факторов. Нано-акселерометры данного класса могут найти применение в системах управления космических объектов, орбиты движения которых могут находиться на больших расстояниях от Земли. В качестве такого объекта может выступать электрический солнечный парус. Особенность функционирования такого солнечного паруса заключается в том, что основной силой, обеспечивающей его движение на заданной орбите, является солнечная радиация.