空間碎片由于其巨大的動(dòng)能,對在軌正常運(yùn)行的航天器以及航天員太空活動(dòng)都構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。由于碰撞級(jí)聯(lián)效應(yīng),當(dāng)空間碎片數(shù)量到達(dá)某個(gè)點(diǎn)后,會(huì)導(dǎo)致碰撞頻繁發(fā)生,空間碎片數(shù)量急劇上升而徹底失控。對于GEO軌道同樣如此,若發(fā)生碰撞碎片將永久駐留,長此以往,GEO軌道的珍貴軌道資源將不復(fù)存在。主動(dòng)碎片清除以大型失效航天器為目標(biāo),從源頭切斷次級(jí)碎片的生成,是一種有效的空間碎片減緩手段,特別是隨著發(fā)射數(shù)量的日益增長,對碎片主動(dòng)清除的需求日趨緊迫�？臻g目標(biāo)若發(fā)生姿控故障而亂噴或在殘余角動(dòng)量的作用下,會(huì)出現(xiàn)翻滾的現(xiàn)象,給航天器捕獲及變軌帶來了很大挑戰(zhàn),尤其是在近距離下對服務(wù)航天器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本文以碎片主動(dòng)清除任務(wù)為背景,研究了采用攜帶系繩的魚叉裝置捕獲目標(biāo)后的翻滾減緩和離軌控制問題,由于服務(wù)航天器不會(huì)直接接觸目標(biāo),保證了平臺(tái)的安全,主要研究工作如下:針對采用系繩張力對目標(biāo)消旋的問題,采用牛頓歐拉法建立了服務(wù)航天器和目標(biāo)航天器的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型和質(zhì)心相對運(yùn)動(dòng)模型,模型考慮了系繩張力產(chǎn)生的力矩對兩航天器姿態(tài)的影響。目標(biāo)包括剛性航天器和攜帶撓性附件的情形。質(zhì)心相對運(yùn)動(dòng)方程考慮了系繩的拉力,建立了類似CW方程的...

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究目的與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 空間碎片主動(dòng)清除研究現(xiàn)狀
        1.2.2 空間繩系系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)想
        1.2.3 繩系衛(wèi)星系統(tǒng)試驗(yàn)
        1.2.4 空間繩系系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及控制
        1.2.5 繩系系統(tǒng)應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)
    1.3 空間系繩系統(tǒng)與在軌服務(wù)
    1.4 論文主要內(nèi)容
第2章 空間繩系系統(tǒng)消旋及離軌動(dòng)力學(xué)建模
    2.1 引言
    2.2 TST系統(tǒng)坐標(biāo)系定義
    2.3 服務(wù)航天器與目標(biāo)的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
        2.3.1 剛性目標(biāo)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程
        2.3.2 撓性目標(biāo)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程
        2.3.3 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
    2.4 兩航天器質(zhì)心相對運(yùn)動(dòng)方程
    2.5 廣義坐標(biāo)形式的繩系系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程
    2.6 系繩動(dòng)力學(xué)
        2.6.1 無質(zhì)量系繩系統(tǒng)
        2.6.2 考慮系繩質(zhì)量系統(tǒng)
        2.6.3 系繩釋放回收裝置
    2.7 系統(tǒng)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程
    2.8 電動(dòng)繩系廣義力
        2.8.1 非傾斜偶極子地磁場模型
        2.8.2 國際地磁參考場
        2.8.3 電動(dòng)繩系的電動(dòng)力
    2.9 軌道攝動(dòng)
        2.9.1 大氣阻力攝動(dòng)
        2.9.2 地球扁率攝動(dòng)
        2.9.3 太陽光壓攝動(dòng)
        2.9.4 日月引力攝動(dòng)
    2.10 本章小結(jié)
第3章 基于T-S模糊方法的繩系系統(tǒng)消旋穩(wěn)定控制
    3.1 引言
    3.2 T-S模糊模型
    3.3 服務(wù)航天器偏差動(dòng)力學(xué)模型
        3.3.1 系繩張力控制律設(shè)計(jì)
        3.3.2 服務(wù)航天器姿態(tài)偏差動(dòng)力學(xué)模型
        3.3.3 服務(wù)航天器位置偏差動(dòng)力學(xué)模型
    3.4 T-S模糊制導(dǎo)模型與控制模型
        3.4.1 T-S模糊制導(dǎo)模型
        3.4.2 服務(wù)航天器位姿T-S模糊控制模型
    3.5 目標(biāo)航天器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)
    3.6 數(shù)值仿真
    3.7 本章小結(jié)
第4章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的撓性目標(biāo)繩系系統(tǒng)消旋控制
    4.1 引言
    4.2 撓性目標(biāo)消旋策略
    4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        4.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        4.3.2 BP網(wǎng)絡(luò)離散化預(yù)測
        4.3.3 基于BP網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的離散化
        4.3.4 狀態(tài)可測系統(tǒng)控制量規(guī)劃
        4.3.5 輸出反饋系統(tǒng)模型構(gòu)造及控制器設(shè)計(jì)
    4.4 服務(wù)飛行器制導(dǎo)與跟蹤控制
        4.4.1 張力控制律
        4.4.2 服務(wù)航天器位置制導(dǎo)
        4.4.3 服務(wù)航天器位置跟蹤控制
    4.5 撓性目標(biāo)消旋仿真
        4.5.1 目標(biāo)名義模型辨識(shí)
        4.5.2 撓性目標(biāo)消旋控制結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第5章 空間繩系系統(tǒng)消旋路徑規(guī)劃
    5.1 引言
    5.2 系繩阻尼展開法
    5.3 基于偽譜法的優(yōu)化方法
        5.3.1 Radau偽譜法
        5.3.2 消旋問題描述
    5.4 序列凸優(yōu)化優(yōu)化方法
        5.4.1 繩系消旋凸優(yōu)化問題
        5.4.2 閉環(huán)控制
    5.5 數(shù)值仿真結(jié)果
        5.5.1 系繩展開法
        5.5.2 模型驗(yàn)證
        5.5.3 Radau偽譜規(guī)劃
        5.5.4 序列凸優(yōu)化規(guī)劃方法
    5.6 本章小結(jié)
第6章 空間繩系系統(tǒng)離軌策略研究
    6.1 引言
    6.2 碎片清除原則
    6.3 基于化學(xué)推進(jìn)的離軌
        6.3.1 高軌目標(biāo)清除方案
        6.3.2 高軌目標(biāo)長期運(yùn)動(dòng)特性
        6.3.3 低軌目標(biāo)主動(dòng)清除方案及軌道壽命
    6.4 基于電動(dòng)系繩的低軌目標(biāo)離軌
        6.4.1 長繩系系統(tǒng)的穩(wěn)定性
        6.4.2 電動(dòng)繩系的控制能力
    6.5 數(shù)值仿真
        6.5.1 LEO目標(biāo)化學(xué)推力離軌
        6.5.2 GEO目標(biāo)化學(xué)推力離軌
        6.5.3 電動(dòng)繩系系統(tǒng)離軌
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡歷



本文編號(hào)：4046932