Влияние движения подъемника на динамику орбитального космического лифта

Abstract

В работе рассматривается движение орбитального космического лифта - механической системы, предназначенной для доставки грузов на орбиту Земли. Лифт состоит из верхней станции противовеса и нижнего стыковочного модуля, соединенных между собой тросом, по которому передвигается подъемник с полезной нагрузкой. В отличие от традиционного космического лифта, нижний конец троса не закреплен на поверхности Земли, а находится на низких околоземных орбитах. Такое решение позволяет избежать проблем воздействия атмосферных явлений на лифт и дает возможность перемещать лифт относительно поверхности Земли. Космический лифт рассматривается как механическая система, состоящая из трех материальных точек, соединенных между собой упругими невесомыми стержнями переменной длины. Первый стержень (нижний сегмент) соединяет нижний стыковочный модуль и подъемник, второй (верхний сегмент) – подъемник и станцию противовес. Движение подъемника определяется кинематическим законом, согласно которому нижний сегмент троса, по мере подъема, увеличивается в длине, верхний сегмент – уменьшается. Построена математическая модель рассматриваемой системы. С ее помощью проведена серия численных экспериментов, с целью изучения влияния движения подъемника на динамику орбитального космического лифта. The paper deals with the motion of the orbital space elevator. The space elevator is designed to deliver payload to Earth orbit. It consists of the counterweight station and the lower docking module connected by the tether. The climber with payload moves on the tether. In the orbital space elevator, the lower end of the tether is not fixed to the Earth's surface, but is in low earth orbits. This solution avoids the problems of exposure to atmospheric phenomena on the space elevator and makes it possible to move the system relative to the Earth's surface. The space elevator is considered as a mechanical system consisting of three material points. The points are connected by elastic weightless rods of variable length. The first rod (lower segment) connects the lower docking module and the climber. The second rod (upper segment) connects the climber and the counterweight station. The motion of the climber is determined by the kinematic law, according to which the lower segment of the tether, as it climbing, increases in length, the upper segment – decreases. A mathematical model of the system is developed. A series of numerical experiments was carried out to study the influence of the climber motion on the dynamics of the orbital space elevator.