發(fā)布時(shí)間：2020-11-13 01:05

　　 空間碎片主要源于發(fā)射任務(wù)中航天器的爆炸、火箭上面級(jí)以及廢棄的衛(wèi)星,由于相對(duì)速度很高,任何碰撞都可能造成災(zāi)難性后果,對(duì)正常運(yùn)行的飛行器以及航天員安全都構(gòu)成嚴(yán)重威脅。根據(jù)碰撞級(jí)聯(lián)效應(yīng),當(dāng)空間碎片水平升高到爆發(fā)點(diǎn)時(shí),有可能會(huì)使得近地空間碎片環(huán)境急劇惡化。研究表明,主動(dòng)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(yuǎn)距離捕獲目標(biāo),可以很大程度保證平臺(tái)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(biāo)離軌研究,主要內(nèi)容如下:針對(duì)繩系拖車系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模,將服務(wù)飛行器和目標(biāo)考慮為剛體,并給出了考慮系繩拉力產(chǎn)生的力矩的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。系繩采用珠點(diǎn)法建模,將系繩的質(zhì)量集中在珠點(diǎn)上,珠點(diǎn)之間為阻尼彈簧模型,并給出了每段系繩的張力計(jì)算公式。根據(jù)二體動(dòng)力學(xué)給出了服務(wù)飛行器與目標(biāo)的質(zhì)心動(dòng)力學(xué)方程,模型中考慮環(huán)境攝動(dòng)力,包括大氣阻力與地球扁率攝動(dòng)。針對(duì)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(yùn)動(dòng)且避免發(fā)生碰撞。WBC不需要進(jìn)行精確的建模,并且有很強(qiáng)的魯棒性。首先分析了一維WBC控制器設(shè)計(jì),確定了控制器參數(shù)。最終將WBC擴(kuò)展到三維,分別對(duì)系統(tǒng)的平動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制。類似地,對(duì)服務(wù)航天器的滾轉(zhuǎn)、偏航和俯仰通道也分別建立了WBC控制方案。仿真結(jié)果表明WBC可以有效的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定控制。針對(duì)目標(biāo)離軌,本文涉及到三種離軌方式,分別為單次機(jī)動(dòng)離軌、雙次機(jī)動(dòng)離軌以及單次機(jī)動(dòng)后通過氣動(dòng)阻力衰減離軌。單次機(jī)動(dòng)離軌所耗時(shí)間適中,燃料消耗適中,并且墜落地點(diǎn)可控,是本文所提到的三種方法中比較合適的方法;雙次機(jī)動(dòng)離軌雖然墜落地點(diǎn)可控,但是燃料消耗過高,幾乎為單次機(jī)動(dòng)離軌的兩倍;單機(jī)機(jī)動(dòng)衰減離軌所耗燃料最少,但耗時(shí)有可能很長(zhǎng),并且墜落地點(diǎn)無法確定。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(shí)驗(yàn)一覽圖表 1-2 繩系衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)在軌項(xiàng)目表項(xiàng)目名稱 日期 實(shí)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(xiàn)狀任務(wù)（Gemini 11，Gemini 12）宇航員加加林送入太空，美國(guó)不甘落后，將載人登其需要的技術(shù)，美國(guó)在 1965 年進(jìn)行了雙子座實(shí)驗(yàn)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文工程師衛(wèi)星 2（YES2）羅斯與歐洲聯(lián)合進(jìn)行了青年工程師衛(wèi)星 2（YES）實(shí)利用系繩動(dòng)態(tài)釋放實(shí)現(xiàn)載荷返回。實(shí)驗(yàn)過程為首先將釋放，此時(shí)返回艙在當(dāng)?shù)卮咕�附近擺動(dòng)，然后系繩快向軌道飛行方向之后反方向擺動(dòng)時(shí)施加減速脈沖，之附近擺動(dòng)時(shí)離開系繩，進(jìn)入大氣層自然墜落。雖然實(shí)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(hào)：2881502