【摘要】：衛(wèi)星在軌服務(wù)與維修工作在世界范圍內(nèi)受到越來(lái)越多的關(guān)注,在該研究領(lǐng)域內(nèi)也取得了巨大的進(jìn)展。保證衛(wèi)星在軌服務(wù)與維修過(guò)程中的安全性是一個(gè)難題。為了保證安全性,需要消旋作為在軌服務(wù)與維修的前置工作。本文針對(duì)失效衛(wèi)星存在高速自旋和章動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),基于電磁消旋方法建立衛(wèi)星在消旋過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)衛(wèi)星在消旋過(guò)程中的姿態(tài)變化進(jìn)行分析,驗(yàn)證,提出針對(duì)扁粗體與細(xì)長(zhǎng)體特征衛(wèi)星的不同消旋力施加方法,并對(duì)整個(gè)衛(wèi)星消旋策略進(jìn)行規(guī)劃,仿真試驗(yàn)表明文中所提及的消旋策略的有效性。本文首先對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星消旋方法進(jìn)行分析,基于衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)歐拉方程,探討了一種消旋過(guò)程中在衛(wèi)星本體固聯(lián)坐標(biāo)系下準(zhǔn)確靈活地分析衛(wèi)星姿態(tài)變化的方法。同時(shí)為了更好的探究消旋力對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)影響,以一種典型的力施加方法,跟蹤式消旋方法為例,研究該種消旋力施加方式對(duì)衛(wèi)星章動(dòng)角的影響,并通過(guò)理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)探究在這種消旋方法影響下衛(wèi)星的姿態(tài)變化,并分析產(chǎn)生這種變化的原因。其次,探討了一種能夠在保證章動(dòng)角穩(wěn)定的前提下,消除細(xì)長(zhǎng)體衛(wèi)星動(dòng)量的方法。首先基于跟蹤式消旋方法產(chǎn)生該種姿態(tài)變化的分析結(jié)果,為了保持在消旋過(guò)程中細(xì)長(zhǎng)體衛(wèi)星的章動(dòng)角保持相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)跟蹤式消旋的力施加方式進(jìn)行優(yōu)化,得到跟蹤式優(yōu)化消旋方法。并對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其消旋效果。并通過(guò)研究其章動(dòng)角表達(dá)式,確定了跟蹤式優(yōu)化消旋方法的使用條件,分析了這種消旋方法在實(shí)施過(guò)程中對(duì)細(xì)長(zhǎng)體衛(wèi)星章動(dòng)角的影響特點(diǎn)。然后分析了非跟蹤式消旋方法對(duì)扁粗體衛(wèi)星的消旋作用效果。為了找到不滿足跟蹤式優(yōu)化消旋方法使用條件的其他衛(wèi)星的消旋方法,對(duì)非跟蹤式消旋方法進(jìn)行消旋過(guò)程姿態(tài)變化的理論研究與仿真實(shí)驗(yàn),并確定該種方法的使用條件。最后,制定了扁粗體與細(xì)長(zhǎng)體在整個(gè)消旋流程中的消旋力施加策略,對(duì)消旋流程進(jìn)行了規(guī)劃。使用在本文中經(jīng)過(guò)改進(jìn)的模擬退火算法優(yōu)化章動(dòng)角的上下限,以達(dá)到最短消旋時(shí)間、最少模式切換次數(shù)的優(yōu)化目標(biāo),以達(dá)到預(yù)期消旋效果的目的,并對(duì)扁粗體與細(xì)長(zhǎng)體的消旋方案進(jìn)行整個(gè)過(guò)程的仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的有效性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析內(nèi)外研究現(xiàn)狀世界上一些研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行空間目標(biāo)的消旋研究，并正在籌備提出的方法主要有羽流沖擊法、電磁渦流制動(dòng)法、激光燒蝕法法、悠悠球法等。沖擊法是由 ThomasVPeters 和 Diego EscorialOlmos 提出的[1用來(lái)自服務(wù)衛(wèi)星的推進(jìn)器排氣與目標(biāo)物體之間的相互作用來(lái)沖擊模型來(lái)對(duì)服務(wù)衛(wèi)星推進(jìn)器排出的氣體與目標(biāo)物體之間的，，通過(guò)研究氣體的噴出模型以及碰撞、彈射模型，考慮消旋目素來(lái)進(jìn)行消旋。理論上消旋速率最高可以達(dá)到 1.5°/s。

著物等因素來(lái)進(jìn)行消旋。理論上消旋速率最高可以達(dá)到 1.5°/s。圖 1-1 羽流沖擊示意圖Fumihito Sugai[11]和劉曉光[12]進(jìn)行了有關(guān)非接觸式電磁消旋方法的研究。電磁消旋方法的原理是渦流制動(dòng)器在目標(biāo)處產(chǎn)生出的交變磁場(chǎng)在目標(biāo)表面激發(fā)出渦流，渦流又反過(guò)來(lái)與磁場(chǎng)源相互作用而產(chǎn)生消旋力。Fumihito Sugai 提出的方法是將磁場(chǎng)源正對(duì)旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星的側(cè)面，如圖 1-2(a)所示；劉曉光提出的方法是將磁場(chǎng)源正對(duì)旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星的端面，如圖 1-2(b)所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O441;V467

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本文編號(hào)：2670590