Tangling and instability effect analysis of initial in-plane/out-of-plane angles on electrodynamic tether deployment under gravity gradient

The space debris occupies the orbit resources greatly, which seriously threats the safety of spacecraft for its high risks of collisions. Many theories about space debris removal have been put forward in recent years. The Electro Dynamic Tether (EDT), which can be deployed under gravity gradient, is considered to be an effective method to remove debris in low orbit for its low power consumption. However, in order to generate sufficient Lorentz force, the EDT needs to be deployed to several kilometers, which increases the risks of tangling and the instability of the EDT system. In the deployment process, different initial in-plane/out-of-plane angles, caused by direction error at initial release or the initial selection of ejection, affect the motion of EDT system seriously. In order to solve these problems, firstly, this paper establishes the dynamic model of the EDT system. Then, based on the model, safety metrics of avoiding tangling and assessing system stability during EDT deployment stage are designed to quantitatively evaluate the EDT system security. Finally, several numerical simulations are established to determine the safety ranges of the initial in-plane/out-of-plane angles on the EDT deployment.     

国外空间大型网状天线在轨展开故障与对策

空间大型网状天线在轨可靠展开是确保航天任务取得成功的关键。对国外自1974—2011年间发射的部分科学、商业和军用航天器携带的大型网状天线在轨展开故障情况进行了统计,介绍了各天线展开故障的机理,并对天线展开故障应急处理方法和设计改进措施进行了总结。根据空间大型天线展开的特点,提出了加强天线抗冲击能力、充分开展天线机构实验验证和展开故障应急处理预案研究等建议。     

带射频电缆的可展开天线阵在轨展开动力学

空间存在射频电缆穿越可展开部件工作区域的情形,这会对部件的展开特性造成较大的影响(特别是无源可展开机构),甚至会影响整个航天器任务。文章以某卫星带有半刚性射频电缆的无源可展开天线阵为例,提出了其动力学建模仿真流程,并建立在轨展开动力学模型;采用该模型开展了在轨展开动力学特性的仿真研究,同时与在轨实测数据进行了比对。结果表明,仿真数据与在轨实测数据基本一致,准确地评估了射频电缆对可展开天线阵在轨展开特性的影响,仿真评估方法有效。该建模仿真流程同样适用于卫星其他类型可展开部件的展开特性研究。     

“神舟号”载人飞船开伞控制方案设计

载人飞船的开伞控制方案是回收着陆系统设计中的一个关键环节,它直接关系到飞船回收着陆系统工作的成败。文章根据载人飞船特点的分析,制订了飞船开伞控制方案,即采用静压高度控制法来控制开伞,然后根据静压高度控制的工作原理,详细介绍了开伞控制方案的设计方法和流程。仿真试验和飞行试验结果表明:"神舟号"载人飞船开伞控制方案的设计是合理的、正确的。     

基于粒子群算法的绳系卫星展开与回收控制

绳系卫星的展开与回收是绳系卫星应用的基础问题,但通过改变系绳拉力来实现展开和回收的方法尚未得到充分研究.将系绳拉力作为控制力,并在时间域内离散,然后利用粒子群优化算法在整个可行域中寻找满足优化指标的最优值,从而得到控制力的变化规律.该控制方法可以使绳系卫星系统在最小摆动、最短时间等最优指标意义下,迅速展开到平衡位置,同时也适用于绳系卫星的回收.仿真结果表明：该控制方法同基于控制展开与回收速度的控制方法相比,展开和回收的时间短、侧向摆动小,具有一定优越性.     

柔性绳索体展开过程数值模拟及实验

基于离散质点系统假设,将柔性网体的网目结点近似为集中质量球单元,结点间的网线近似为杆单元,引入Kawabata拉伸张力应变模型,考虑气动力影响,建立柔性网体的动力学方程,运用四阶Runge-Kutta法进行数值计算,根据能量损耗量对速度修正,基于OpenGL后处理显示,实现了对柔性网体运动过程的仿真,并与警用网枪发射实验加以对比,仿真结果与实验一致。对比了空气动力系数的不同确定形式对网体展开的影响,空气动力系数由雷诺数函数确定时,仿真结果更接近实际情况。     

牵顶伞在降落伞拉直过程中的作用

采用有限元方法,建立降落伞回收系统的多质点动力学模型,研究了牵顶伞在拉直过程中对主伞性能的影响.模型中将柔性大变形的伞绳、伞表、连接带离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在中心的质点,各质点间以阻尼弹簧连接,其运动由对应绳段的重力、气动力和张力确定.利用该模型对某批次的空投试验进行了仿真,给出了张力、速度、位移等参数的瞬态变化.经过分析表明,牵顶伞能够改善主伞张力分布,抑制伞衣项部横向摆动.     

空间机构地面重力补偿设备跟踪研究

由于飞行轨道上或其他星球上的重力环境与地球表面的重力环境差异很大,而在飞行前必须在地面确认机构在空间的性能和可靠性,这就要求在地面实现对空间机构实际工作时的空间重力环境的模拟,于是提出了对地面重力补偿设备的需求。文章对实现重力补偿的一般形式进行了介绍和分析,举例说明了常用的地面重力补偿设备的原理,总结归纳了地面重力补偿设备的设计原则和工程实施经验。     

充气展开式结构在航天器中的应用

充气展开式结构是以柔性薄膜材料制造的可充气展开的一种新型结构,具有体积小、重量轻和成本低的特点。文章介绍了充气展开式结构的设计原理,以及充气展开式结构在航天器中的应用和研究现状,并对充气展开式结构需要解决的关键技术进行了分析,最后对其在我国航天活动中的应用进行了展望。     

一种面向产品规划过程的组合质量屋

针对现代产品设计规划过程中对规划信息的集成性、准确性和完备性的要求,提出了一种面向产品规划过程的组合质量屋,并给出了构建组合质量屋的过程和方法.该组合质量屋包括用户需求质量屋、产品技术特性质量屋和综合质量屋.在构建组合质量屋的过程中,采用网络分析法确定产品技术特性的相对重要度,该方法能综合考虑用户需求间、产品技术特性间以及用户需求层和产品技术特性层之间的相互协作和相互冲突的关系,使得规划结果更加准确可靠.此外,还综合考虑了产品全生命周期各阶段定性和定量约束对规划结果的影响.最后,通过实例研究了运用组合质量屋进行产品规划的步骤和方法,并验证了其有效性.