空间绳网系统发射动力学问题研究

空间绳网系统是在系绳技术基础上发展起来的一种应用系统,通过展开形成一张具有稳定构型的网,可用于空间目标的柔性容错捕获,在空间废弃卫星或碎片处理方面具有潜在应用价值。空间绳网系统动力学问题较为复杂,融合了刚体动力学、柔性绳索动力学和碰撞与摩擦动力学等方法和模型。通过建立空间绳网系统刚柔耦合动力学模型,研究了其发射展开的动力学问题,重点讨论了绳网牵引质量块发射角度和柔性绳索等效阻尼的影响,仿真结果表明在一定的系统配置下这两个参数存在最优值。
     

柔性绳网动力学建模与天地差异性分析

采用有限元模型研究了柔性绳网系统的动力学特性。针对空间绳网直接弹射展开方式,首先将绳网离散为若干单元,各单元处理为非线性“半阻尼弹簧”模型,然后分别计算各单元所受气动力和重力,最终建立绳网系统多柔体动力学模型。基于所建立的动力学模型分别对柔性绳网在地面和太空展开的动力学过程进行了仿真分析,研究了绳网在展开面积、空间位形和飞行距离等方面的天地差异性及其动力学机理,为未来空间绳网系统的分析设计提供理论参考。     

空间绳网多收口质量块收口过程动力学分析

针对空间绳网捕获应用,进行了多收口质量块收口过程的动力学分析。以一种自适应双卷筒卷取机构为研究对象,考虑包含有三个质量块的收口系统,通过建立收口质量块质点运动微分方程、收口绳长约束方程并利用非正交变换方法,给出了各收口质量块质心运动与缆绳卷取运动耦合的动力学模型,仿真分析了质量块平动发射和系统自旋发射等典型收口过程的运动特点,给出了一些收口过程的驱动控制策略,同时也说明此类自适应收口质量块具有较强的自适应性和容错性,适用于空间绳网捕获系统。另外,以上分析也适用于采用缆绳控制的绳系卫星编队系统。     

空间抓捕系统绳网的设计与研制

概述了空间碎片主动清除方式——空间绳网抓捕的优点,梳理了研制空间绳网要解决的难题,结合工程样机研制,介绍了针对捕获目标直径20 m的特大型绳网的结构设计、材料选择、加工方式以及折叠包装研究情况,确定了较优构型绳网-正六边形网型正四边形网目,选取了合适的绳网材料,解决了超细绳网状结构编织问题和可控折叠包装问题;对绳网的拉出展开过程进行了仿真分析,开展了地面抓捕试验验证,绳网均有序拉出展开捕获目标,通过仿真分析及实物试验对比,特大型绳网的设计、折叠包装方式、拉出展开得到了验证;总结了特大型绳网研究成果和后续改进方向,为工程应用奠定了基础,可为空间碎片柔性捕获清除的研究提供参考和借鉴。     

空间绳网有控展开方法及优化

针对影响空间绳网展开性能的绳网回弹现象，提出了一种基于拖曳绳张力控制的绳网展开控制方法。首先，使用质心追逐描述绳网的回弹现象，并针对追逐过程提出了使用拖曳绳控制的绳网展开方法。其次，以有效展开位移为优化目标，提出了一种基于遗传算法的最佳控制力优化策略。最后，基于弹簧质点法建立了绳网的动力学模型，并通过数值仿真对比了无控、恒力和变力控制下绳网的展开性能。结果表明，控制力优化策略可以成功优化出所需控制力曲线，提出的有控展开方法可以大幅提高绳网的有效展开位移，提升绳网的展开性能。     

空间柔性绳网多碎片捕获动力学研究

随着空间碎片数量的增加，其对近地轨道中的在轨卫星产生越来越严重的威胁，空间多碎片的高效清理在近年来也成为了学界关注的热点问题。针对柔性绳网在一次任务中同时对多个碎片进行捕获清理的问题，建立了柔性绳网的动力学模型和与碎片接触动力学模型，并对捕获过程中柔性绳网与碎片的运动进行了仿真模拟。针对绳网的最大拉伸力、质量块位移速度等变量，深入分析捕获过程中绳网与碎片的运动特性。数值仿真结果表明，在一次任务中，柔性绳网可以对多个旋转空间碎片进行捕获，并实现稳定的包裹缠绕，展示了柔性绳网良好的捕获能力。     

空间绳网旋转展开动力学分析

针对火工装置直接抛射展开空间绳网方案存在的对卫星平台冲击大、绳网展开后网体构型维持时间短的问题，提出一种基于周置可控旋筒的旋转展开空间绳网系统方案。构建了基于拉格朗日动力学方程的网臂旋转展开解析模型和基于中心差分算法的网臂/网体的旋转展开有限元(FE)仿真模型，并将上述三种模型进行了对比校验。采用解析模型和有限元仿真模型分别对网臂旋转展开过程进行分析，得到的旋筒角速度和网臂旋出长度表现出高度的一致性，说明了仿真模型构建方法的有效性。基于网体有限元仿真模型，对绳网网型、展开控制策略进行了优化，使得在优化的网型和分步加载控制策略下，绳网展开后可在较长时间内维持较大的有效抓捕面积。     

空间绳系机器人抓捕非合作目标的质量特性参数辨识

针对空间绳系机器人抓捕非合作目标/空间垃圾后需要对其进行回收/拖曳的精确控制问题,提出了一种利用抓捕后保持阶段的振动特性辨识目标参数的方法。首先,根据质量特性参数辨识的需要,推导了系统的动力学模型。不同于以往将本体卫星和被抓捕目标简化为质点的动力学模型,本文针对任意的目标抓捕位置,在考虑重力梯度影响的基础上,利用拉格朗日法获得系统各广义坐标的动力学公式。然后,分析非合作目标和系绳在后抓捕保持阶段的姿态运动。最后,在非合作目标与本体卫星没有任何信息交互的情况下,利用后抓捕阶段目标卫星和系绳特有的振动,并使用具有鲁棒性可遗忘因子的递推最小二乘法,提出了包括转动惯量和质心到任意抓捕点距离在内的质量特性参数辨识算法。     

空间绳网捕获动力学仿真

空间绳网捕获系统是一种很有前景的空间碎片清除方法。然而，绳网的部署与捕获过程非常复杂，截至目前仍存在少量关键问题有待解决。对绳网捕获过程的研究是为了得到更合理的初始释放条件，以便绳网在接触目标后能成功包裹目标。利用有限元法将绳网进行离散，建立弹簧质点模型，并通过有限元软件进行仿真。同时提出了与仿真相关的3个接触参数，通过对不同捕获模型接触参数的横向对比找出绳网系统在展开及捕获过程中接触行为的区别。仿真结果表明，采用方形绳网系统对于正方体与弧形薄壁体目标捕获效果相对较好，对球形目标的捕获效果相对较差。针对不同捕获物体，绳网中最大应力出现的位置也不同，但最大应力都是集中出现在绳网与捕获目标棱角接触处与牵引球连接处。该仿真结果对最优绳网初始释放条件与编织形式的选取具有指导意义。     

空间包络式抓捕机构非接触/接触一体化导纳控制

研究了一种具有闭环约束的空间包络式抓捕机构运动建模和非接触与接触一体化导纳控制。该抓捕机构具有可控的包络结构,能够通过与非合作目标发生多点多次接触,实现柔顺捕获。给出了空间包络式抓捕机构显式的动力学模型和接触模型。设计了具有统一形式的非接触与接触导纳控制策略。该策略在机器人接近目标过程中采用非接触式导纳控制,以降低机械臂与目标物体首次碰撞的接触力,在捕获目标过程中采用接触式导纳控制,减少碰撞次数,获得更大的夹持接触力。数值仿真展示了控制策略的有效性。     

多自由度微振动环境时域波形复现的数值仿真

为满足航天器微振动环境模拟的需要,开展了多自由度微振动时域波形复现控制方法研究。首先,介绍了基于时域波形复现的多自由度微振动环境模拟控制理论方法。其次,针对六自由度微振动激励系统,应用MATLAB软件建立了基于实测传递函数矩阵的多输入多输出微振动激励仿真系统,针对微振动时域波形复现闭环控制过程进行了算法编程,并给出了仿真的闭环控制流程图。最后,通过算例对多自由度微振动时域波形复现进行了数值仿真,以给定的白噪声为输入,模拟对实际存在的系统非线性、测量误差等影响因素的控制效果。仿真结果验证了多自由度微振动时域波形复现控制方法的可行性及有效性,所得结论可以为研究多自由度微振动时域波形复现控制系统提供参考。     

电缆屏蔽金属网屏蔽效能的工程计算

金属网由于柔韧性好、使用方便等优势而在电缆屏蔽工程上得到广泛应用。本文对电缆用的金属网屏蔽效能进行工程计算,通过计算,对金属网不同材料、不同规格、单层与双层屏蔽及有缝隙情况下的屏蔽效能进行比较与分析,对工程应用有一定的指导意义。     

降落伞特性对伞舱系统运动稳定性的影响

建立了伞舱系统刚性连接和弹性连接时的数学模型,针对联盟号飞船回收系统进行了动力学仿真。分析了降落伞侧向力系数、吊带长度、降落伞和载荷质量比以及吊带性质对伞舱系统运动稳定性的影响,其结论可为伞舱回收系统的设计提供参考。     

MBD技术在航天器研制中的应用探讨

概述了基于模型的定义(Model-based Definition,MBD)技术的研究和发展,分析了以MBD为载体的特征演化过程,作为航天器设计-制造一体化协同实现的基础。从MBD在航天器研制中的应用需求出发,构建了MBD协同平台框架,探讨了MBD模型成熟度管理的协同设计方法,提出了应用MBD研制模式所面临的技术、管理等问题,并给出了相应的建议。     

航天器外伸结构的非线性特性

针对一类板式航天器外伸结构非线性振动的特点 ,建立了合理的结构模型———悬臂板 ,并且运用双边解析法研究和分析了悬臂板非线性振动的动力学特性。该方法的关键在于两个包含三角函数和多项式组成的梁函数 ,其中一个梁函数满足一边自由、一边固定的边界条件 ,另一个梁函数满足两边自由的边界条件。然后利用分离变量法推导出了悬臂板非线性振动的动力学基本方程 ,并给出了非线性振动的幅频关系。实践证明 ,这种方法对分析航天器大型外伸结构的非线性振动特性具有重要的现实意义。     

采用经纬仪测量航天相机视轴的方法分析

在卫星地面总装时,需要测量航天相机视轴之间以及相机视轴与其他敏感仪器或整星坐标系坐标轴之间的角度关系。文章以某线阵CCD相机的安装测量为例,介绍了使用经纬仪系统确定航天相机视轴的方法以及相机与相机之间、相机与整星坐标系坐标轴之间角度关系的测量。分析中对相机的光学系统进行了简化,重点介绍了测量方法的数学模型,并通过误差传递公式分析了测量精度,最后针对该测量方法的不足提出了改进措施。     

目标光学伪装效果评价方法分析

对现有伪装效果评价方法进行了简要分析,旨在形成更加科学合理的伪装效果评价方法。认为伪装效果主要表现在两个方面,一是目标本身暴露特征的降低或消除;二是目标与背景的融合程度。因此伪装效果评价也应从这两个方面进行分析。另外目标是否被发现,除了目标特征与背景特征是否一致等客观因素,还与观察判别人员的知识、经验以及分析判别能力等主观因素有关。     

塑封微电路老炼研究综述

文章介绍了塑封微电路在高可靠性领域的应用,塑封微电路可靠性研究的现状,以及塑封微电路老炼研究在塑封微电路可靠性研究中的地位。具体分析了商用塑封器件老炼当前所面临的主要问题,其中重点介绍了随着器件集成度和工艺水平的提高,元器件漏电流的增加和元器件参数差异增大是老炼研究中不可忽略的因素。针对上述问题,指出了塑封微电路老炼过程热稳定研究的迫切性,尤其对我国高可靠应用领域,并介绍了国内外相关研究现状和我国在这一领域的差距。     

临近空间电子对抗研究

随着航空航天技术的迅猛发展,临近空间的地位日益突出,未来临近空间作为航空航天区域的补充,将发挥巨大的军事应用价值。介绍了临近空间的概念和特点,讨论了临近空间军事应用,指出了临近空间电子对抗的必然性。     

A specific case of stability of cylindrical precession of a satellite

In a central Newtonian gravitational field, the motion of a dynamically symmetrical satellite along an elliptical orbit of arbitrary eccentricity is considered. The particular motion of the satellite is known when its axis of symmetry is perpendicular to the orbit plane, and the satellite rotates about this axis with a constant angular velocity (cylindrical precession). A nonlinear analysis of stability of this motion has been performed under the assumption that the geometry of the satellite mass corresponds to a thin plate. At small values of orbit eccentricity e the analysis is analytical, while numerical analysis is used for arbitrary values of e.