带液体章动阻尼器卫星的残余章动角

带液体章动阻尼器卫星的残余章动角是设计高精度自旋卫星的一项重要指标。本文讨论液体章动阻尼器引起卫星存在残余章动角的机理;对于目前应用较多的管——罐式液体章动阻尼器的两种工况分别进行研究,得到了这类章动阻尼器与卫星及阻尼器结构参数间的关系式,为设计管——罐式章动阻尼器提供了依据。     

双自旋卫星的姿态运动和控制

本文引入卫星动力学等效概念,把单自旋卫星的动力学分析、制控的概念和方法推广应用到双自旋卫星。提出了双自旋卫星的双脉冲闭路控制的设计方案。分析了由于结构误差引起的摆动,给出了摆动角的计算公式和卫星姿态的稳定判据。论证了管一球武章动阻尼器也适用于双自旋卫星。证明了章动阻尼器不能消除摆动,甚至对卫星姿态误差产生不可忽视的影响;最大姿态误差角等于章动角和摆动角之和。最后,用仿真试验验证了分析结果。     

细长体双自旋卫星消旋主动章动控制动力学解耦的系统仿真

细长体双自旋卫星自旋部分的能量耗散会导致卫星章动运动的发散。利用消旋体的惯性积在动力学上的耦合作用,使消旋电机的轴向力矩通过耦合,产生横向力矩来阻尼章动,称之为消旋主动章动控制（ＤＡＮＣ）［１］。本文提出一种利用动力学解耦的仿真方案,用单轴平台进行细长体双自旋卫星消旋和章动控制的系统试验,验证了系统的可行性。     

具有偏置动量轮的卫星姿态控制的一种新技术——数字逻辑协调控制

本文介绍具有偏置动量轮的卫星姿态控制的一种新技术——数字逻辑协调控制。卫星姿态和姿态变化率的状态用8个特征量表示,对这些特征量进行简单的逻辑运算,即可准确地对卫星主动章动阻尼和进动控制进行协调控制。章动阻尼时,姿态绝对值不增大;姿态控制时,章动逐渐被阻尼掉。控制装置由触发器和“与”、“或”、“非”门组成,简单可靠。本方法不仅可用于太阳定向卫星,也可用于地球定向卫星。数字仿真结果验证了本方法的正确性。     

采用多作动器并联隔振平台的整星半主动隔振研究

对采用半主动多作动器并联隔振平台的整星隔振实现进行了研究.用牛顿欧拉法建立了由半主动隔振平台和柔性卫星构成的系统的动力学方程,根据主动悬空阻尼器原理设计了半主动隔振平台的控制丰.仿真分析表明:该平台能改善卫星的动力学环境,相对被动隔振平台而言,可克服衰减共振峰值与衰减高频段幅值问的矛盾.相对主动隔振平台而言,系统简单可靠、能量需求小,质量轻.     

利用地球磁场对人造卫星章动的控制

在人造卫星的姿态控制中,广泛地采用偏置动量轮控制系统。这种系统容易产生锥运动,也叫做章动。章动可以很快地被阻尼掉。许多作者研究了主动章动控制技术。 本文探讨了利用地球磁场和卫星上的磁偶极子之间的相互作用进行主动章动控制方案。首先分析了线性控制方案,然后分析了开关性控制方案。     

飞行器系统参数变化对章动过程的影响分析

研究小卫星发射过程中最末级使用旋转固体火箭发动机时飞行器系统参数变化对其章动效果的影响。考虑了推进剂质量变化引起系统的能量耗散,在欧拉动力学方程的基础上,引入了由于飞行器系统质量变化引起的角动量变化率,得到了飞行器系统的角速度方程与章动方程。把实际飞行器工作过程的参数代入所推导的方程,得到了飞行器的章动放大过程,同时得到了飞行器系统参数变化对章动放大过程的影响规律。计算结果可为飞行器系统的设计提供指导。     

实践四号卫星姿态测量系统与数据处理

采用太阳敏感器和磁强计构成卫星姿态测量系统实践四号卫星自旋轴相对太阳矢量,地磁矢量的方位以确定卫星相对于惯性空间的方位和卫星自旋转速,以及卫星章动信息,并给出了数据处理算法和结果。     

基于有限元--离散元耦合的粒子阻尼减振研究

在侧挂构型发射任务中，中心承力筒与卫星直接连接，其动力学特性对卫星的振动响应有直接影响。首先分析中心承力筒的模态特性，据此完成粒子阻尼器的结构参数设计。随后，使用有限元--离散元耦合仿真方法，确定了阻尼器填充粒子的最佳直径和阻尼器最佳安装位置。仿真结果表明，该方案下星箭界面减振效果可达40%。最后，使用最优粒子阻尼参数开展水平激励实验。实验结果表明，与未安装粒子阻尼器相比，中心承力筒+粒子阻尼器组合体的减振效果可达35%以上，与仿真结果一致。     

双自旋同步气象卫星的姿态运动分析

本文建立了考虑各种偏差和带有步进辐射计的一般双自旋卫星的动力学模型，并引入平主轴坐标系概念，由线性分析给出摆动运动及章动运动的规律。通过引入瞬时主轴系，并考虑了辐射计偏的影响，导出了辐射计步进过程产生的章动运动的表达式，最后将线性分析结果与非线性模型数学仿真进行了对比，结果表明两者相当一致。     

桁架结构阻尼控制的绝对值模态应变能法

本文阐述了近似求解复特性值问题模态阻尼比的模态应变能法（ＭＳＥ）和绝对值模态应变能法（ＡＶＭＳＥ），分别用两种方法计算了空间桁架结构应用粘弹性阻尼器进行阻尼控制时结构的模态阻尼比。完成了空间桁架结构模型的粘弹性阻尼控制实验。理论分析与实验结果比较显示，当结构中粘弹性的成分较大时，ＡＶＭＳＥ对复特征值问题中模态阻尼比的近似计算给出更准确的结果。     

Applications of tuned mass dampers to improve performance of large space mirrors

In order for future imaging spacecraft to meet higher resolution imaging capability, it will be necessary to build large space telescopes with primary mirror diameters that range from 10 m to 20 m and do so with nanometer surface accuracy. Due to launch vehicle mass and volume constraints, these mirrors have to be deployable and lightweight, such as segmented mirrors using active optics to correct mirror surfaces with closed loop control. As a part of this work, system identification tests revealed that dynamic disturbances inherent in a laboratory environment are significant enough to degrade the optical performance of the telescope. Research was performed at the Naval Postgraduate School to identify the vibration modes most affecting the optical performance and evaluate different techniques to increase damping of those modes. Based on this work, tuned mass dampers (TMDs) were selected because of their simplicity in implementation and effectiveness in targeting specific modes. The selected damping mechanism was an eddy current damper where the damping and frequency of the damper could be easily changed. System identification of segments was performed to derive TMD specifications. Several configurations of the damper were evaluated, including the number and placement of TMDs, damping constant, and targeted structural modes. The final configuration consisted of two dampers located at the edge of each segment and resulted in 80% reduction in vibrations. The WFE for the system without dampers was 1.5 waves, with one TMD the WFE was 0.9 waves, and with two TMDs the WFE was 0.25 waves. This paper provides details of some of the work done in this area and includes theoretical predictions for optimum damping which were experimentally verified on a large aperture segmented system.     

小卫星瞬态外热流下动态传热特性分析

为揭示小卫星瞬态外热流下的动态传热特性规律,以小卫星双层集总参数模型为研究对象,推导得到动态热平衡方程。类比阻尼振荡系统,采用时频变换和传递函数分析的新思路,对温度与热流波动量间的幅值特性和相位特性变化规律进行理论研究,并利用数值方法进行验证。结果表明:推导获得了小卫星传热系统自然频率和阻尼比的热参数准则式,并证明了小卫星传热系统在热激励下振荡特性为过阻尼。阻尼比和频率比的增大及热流静位移的减小均可降低温度的波动幅度,不同频率比范围下阻尼比对热流的波动量与温度波动量间的相位差的影响呈相反规律,数值结果与解析分析结果一致。可为低热惯性小卫星的热控优化设计提供理论参考。     

A new approach to the analysis and design of magnetic stabilization of satellites

The stabilization of a magnetically oriented satellite is treated from a new standpoint. Under the assumption of a uniform magnetic field, the system stability is discussed. By imposing a performance criterion, a damping control law is derived. Stabilization characteristics are analyzed using a more realistic geomagnetic field model. The practical approximate methods of the damping control are sought, and their characteristics are analyzed. Finally the flight results of the recent satellites using an approximate method are presented.     

电磁波与TVP相互作用

基于时变等离子体(TVP)的场方程,根据麦克斯韦方程,推导了TVP对入射电磁波的频率上移、时间衰减常数、反射系数,以及TVP的透射波和反射波电场幅值计算公式。通过实例计算分析了不同时间的新波频率、时间衰减常数和电场幅值。方法简单易行,可为TVP的应用提供一定的理论依据。     

含固定转速驱动电机的挠性卫星自旋稳定性分析

分析一类含驱动电机挠性卫星的自旋稳定性,应用不变集定理证明了系统轨迹收敛于系统平衡点集,并通过构造正定的单调递减的类能量函数来判断各平衡点的稳定性质。获得的结论包括：由于挠性振动阻尼特性,在无外扰力矩作用时,含固定转速驱动电机的挠性卫星存在稳定的自旋;不含驱动电机的挠性卫星,稳定的自旋轴为其最大主惯量轴;驱动电机可改变挠性卫星的自旋轴,给出了稳定的自旋轴与电机转速方向夹角公式,该夹角为锐角;当电机转动角动量幅值远小于系统角动量时,稳定自旋轴接近最大主惯量轴;电机转动角动量幅值越接近系统角动量,稳定自旋轴越接近电机转动方向。文中也给出了稳定自旋轴平行电机转轴的条件。     

Stability of a ring of connected satellites

The motion of a large number of artificial satellites connected in a ring one after another by tethers of variable length is considered. Every satellite is supposed to have a control system programmed according to some tether tension law as a function of the distance between tethered satellites. The effect of the tension control law on the stability of stationary rotation of this ring is investigated. The final stability condition includes two requirements: 1) the nominal tether tension should be less than a definite limit equal, up to numerical coefficient, to one satellite weight divided by the number of satellites; 2) tether tension should decrease (or remain constant) with the increase of the distance between tethered satellites. In dynamics the artificial rings of this kind are much like their natural prototype—meteor rings. On the other hand, the investigation of the artificial rings contributes to developing an unexpected view upon meteor rings, suggesting a model of an imaginary equivalent string.     

卫星双向时间传递中的卫星运动误差研究

对转发卫星运动引入误差进行了研究。推导了卫星双向时间传递中的卫星运动误差模型，用两行轨道根数（TLE）对目前在轨的多颗地球同步轨道卫星（GEO）的运动进行计算。仿真结果显示：GEO卫星的受摄运动导致的卫星运动误差迭数百皮秒，卫星运动规律呈现周日特性，导致1d中不同时刻进行的卫星双向时间传递操作产生不同大小的卫星运动误差。     

结构局部刚度变化对小卫星动特性影响

首先针对模块式小卫星动特性进行灵敏度理论分析，分析目标是寻找提高结构动特性的局部位置和参数。然后基于有限元法分析改变局部刚度对结构动特性的影响。小卫星结构动特性分析计算的主要问题是建立计算成本可控的有限元模型，本文详细讨论了小卫星有限元模型建模方法和简化途径，并通过7个算例考察改变模块底板局部刚度、改变适配器支撑刚度、模块问设置弹簧模拟阻尼器等对小卫星结构动特性的影响。灵敏度分析和计算表明，影响动特性的主要因素是模块盒底板刚度和星箭适配器的支撑刚度；增加模块局部刚度以及适配器支撑刚度可以屏蔽星体摆动和包带联结部位的某些频率，同时可以减缓部分中间模块的振幅；在部分模块间设置弹簧可以模拟阻尼器或减振器的效果。另一方面，降低适配器刚度可以增加隔振作用。因而优化模块刚度分布和支撑刚度分布是改进动力学性能的有效途径。本文分析为模块式小卫星动力学修改以及多功能结构设计和主动振动设计提供依据。     

SMOS与Aquarius卫星海表盐度测量方法及数据的对比分析

国际上发射的海表盐度遥感卫星主要有2颗:欧洲的SMOS和美国的Aquarius卫星,为给后续海表盐度遥感提供参考借鉴,对比分析了这2颗卫星的遥感器载荷、数据处理算法和盐度数据。遥感器载荷方面,SMOS采用L波段二维综合孔径辐射计,而Aquarius采用L波段实孔径辐射计加散射计;数据处理算法方面,分析了二者在介电常数模型、海面粗糙度校正以及反演算法方面的差异;盐度数据方面,分析了SMOS与Aquarius盐度数据之间的相关程度,并分别与ISAS(In Situ Analysis System)浮标盐度数据作对比,分析了2颗卫星的盐度数据精度。将2颗卫星的盐度遥感数据与ISAS浮标盐度数据对比发现,在全球范围内,Aquarius盐度测量精度优于SMOS;但在开阔海域,SMOS盐度测量精度优于Aquarius;而在近海岸区域,均出现较大的误差,且SMOS数据误差更大。