空間碎片主要源于發(fā)射任務中航天器的爆炸、火箭上面級以及廢棄的衛(wèi)星,由于相對速度很高,任何碰撞都可能造成災難性后果,對正常運行的飛行器以及航天員安全都構成嚴重威脅。根據碰撞級聯效應,當空間碎片水平升高到爆發(fā)點時,有可能會使得近地空間碎片環(huán)境急劇惡化。研究表明,主動碎片清除是降低空間碎片密度的唯一可行方法。繩系拖車系統(tǒng)通過遠距離捕獲目標,可以很大程度保證平臺的安全。本文以采用繩系拖車系統(tǒng)清除某廢棄衛(wèi)星為研究背景,開展了繩系系統(tǒng)的穩(wěn)定控制與目標離軌研究,主要內容如下:針對繩系拖車系統(tǒng)的動力學建模,將服務飛行器和目標考慮為剛體,并給出了考慮系繩拉力產生的力矩的姿態(tài)動力學方程。系繩采用珠點法建模,將系繩的質量集中在珠點上,珠點之間為阻尼彈簧模型,并給出了每段系繩的張力計算公式。根據二體動力學給出了服務飛行器與目標的質心動力學方程,模型中考慮環(huán)境攝動力,包括大氣阻力與地球扁率攝動。針對繩系拖車系統(tǒng)的控制,考慮到系繩的柔性,本文研究了基于波形的控制(Wave-Based Control,WBC)方法,可以改變系統(tǒng)的運動且避免發(fā)生碰撞。WBC不需要進行精確的建模,并且有很強的魯棒性。首先分析了一維WBC控制器設計,確定了控制器參數。最終將WBC擴展到三維,分別對系統(tǒng)的平動速度和運動方向進行控制。類似地,對服務航天器的滾轉、偏航和俯仰通道也分別建立了WBC控制方案。仿真結果表明WBC可以有效的對系統(tǒng)進行穩(wěn)定控制。針對目標離軌,本文涉及到三種離軌方式,分別為單次機動離軌、雙次機動離軌以及單次機動后通過氣動阻力衰減離軌。單次機動離軌所耗時間適中,燃料消耗適中,并且墜落地點可控,是本文所提到的三種方法中比較合適的方法;雙次機動離軌雖然墜落地點可控,但是燃料消耗過高,幾乎為單次機動離軌的兩倍;單機機動衰減離軌所耗燃料最少,但耗時有可能很長,并且墜落地點無法確定。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V448.2
【部分圖文】：

繩系衛(wèi)星示意圖

圖 1-5 繩系衛(wèi)星在軌實驗一覽圖表 1-2 繩系衛(wèi)星實驗在軌項目表項目名稱 日期 實施者 系繩Gemini 11 1966.09 NASA 3Gemini 12 1966.11 NASA 3TPE-1 1980 NASA 4Charge-2 1985.12 NASA/ISAS 4TSS-1 1992.07 NASA/ISAS 2SEDS-1 1993.03 NASA 2TSS-1R 1996.02 NASA 19MAST 2007.04 TUI/SSDL 1YES-2 2007.09 ESA 31STARS 2009.01 JAXA 1STARS-1 2009.01 JAXA 1現狀任務（Gemini 11，Gemini 12）宇航員加加林送入太空，美國不甘落后，將載人登其需要的技術，美國在 1965 年進行了雙子座實驗

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文工程師衛(wèi)星 2（YES2）羅斯與歐洲聯合進行了青年工程師衛(wèi)星 2（YES）實利用系繩動態(tài)釋放實現載荷返回。實驗過程為首先將釋放，此時返回艙在當地垂線附近擺動，然后系繩快向軌道飛行方向之后反方向擺動時施加減速脈沖，之附近擺動時離開系繩，進入大氣層自然墜落。雖然實值，返回艙仍然離軌。YES2 示意圖如圖 1-12 所示。
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本文編號：2881502