双旋卫星消旋动力学的几个问题——“双自旋卫星消旋过程动力学研究”课题调研报告

双旋卫星的消旋过程是一个非定常非线性的动力学过程,动力学现象十分丰富;通过非稳定区及非线性共振是其中两个重要问题。本文评述了国内外的研究成果。在通过不稳定区问题中使用“当量惯量轴”的概念,物理意义清晰,能很好地解释并确定稳定与不稳定区域。在非线性共振问题中,分析了三种章动频率的实质,使各种观点能有统一的解释。最后,对消旋动力学的进一步研究提出了一些看法。     

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。     

旋转失效卫星的运动观测及消旋接触方案设计

以旋转失效卫星的消旋为研究背景,提出一种双重光流约束的特征点运动跟踪识别方法。该方法利用双目视觉,可实现对非合作旋转失效卫星的运动观测,并为机械臂消旋操作提供接触方案。首先,跟踪识别序列图像中稳定存在的特征点并记录其轨迹,采用频域分析的方法检测特征点轨迹的变化频率,从而获取目标旋转角速度,通过地面物理实验,验证所提目标运动观测的有效性;随后,利用特征点轨迹分析目标的运动包络与适宜接触区域,并根据目标运动特性和接触消旋的时间约束,给出完成消旋的接触强度约束,继而得到机械臂的操作性能需求,为接触式消旋的工程实践提供参考。     

冗余空间机械臂抓捕自旋卫星后的消旋控制

旨在提出一种运动学冗余空间机器人抓捕自旋卫星后的消旋策略和协调控制方法。首先,给出运动学冗余空间机器人捕获目标后的动力学模型,作为协调控制器设计基础。然后,基于四阶Bézier曲线和满足特定约束的自适应微分进化(Differential Evolution, DE)算法提出抓捕后的最优消旋与路径规划策略,最优消旋策略中同时考虑对消旋时间和控制力矩进行优化。提出一种跟踪所设计参考轨迹的协调控制方法,调整基座的姿态达到期望值。所提方法有效地衰减了自旋卫星的初始角速度,同时实现对基座姿态的控制。文末给出利用7 DOF冗余空间机械臂消除目标自旋运动的仿真结果,表明所提方法的有效性。     

卫星主动段动力学环境数据分析

某型号小卫星发射时,用搭载的测量系统对星上6个测点位置进行了3个方向的振动响应测量,获得了主动段2000 Hz范围内的完整数据。数据分析表明,小卫星主动段的振动模态特性和振动响应特性不同于地面模拟试验中的结果,主要体现在:主动段40 Hz处的Pogo效应明显;共振频率与地面试验完全不同;横向响应量级明显小于纵向响应量级;在小于2000 Hz频率范围内,星箭分离冲击对星上测点位置影响很小。与地面试验数据的对比分析结果表明,目前的地面振动试验方法仍有不足,存在过试验或欠试验。     

卫星应急模式姿态动力学仿真

对卫星在应急模式下进行姿态动力学数值仿真。考虑重力梯度和太阳光压,太阳帆板两面反射率的不同,以及存在阴影区情况,建立开环状态下精确的卫星姿态动力学方程。通过对某型号卫星四十种故障模式的数值仿真,发现其姿态在相当长的时间内不会发散失稳;重力梯度力矩和太阳光压力矩都是微量,在相当长的时间内对姿态变化起主要作用是飞轮卡死时卫星的姿态角和角速度;制动飞轮的卡死时间对对卫星姿态有显著影响,卡死时间越短,卫星姿态变化越明显。     

长征四号卫星整流罩分离动力学研究

一、前言 长征四号(LM—4)是常规三级运载火箭,于1988年9月7日和1990年9月3日两次成功地将我国第一个型号的气象卫星准确地送入轨道。包复气象卫星的整流罩是运载火箭头部的一个部件,由球的一部分、截锥台和圆筒三部分组成,最大外径2.9米,长4.908米,可分为二半。该整流罩是当时我国上天的最大的整流罩。该罩与运载火箭的分离采用多点式火药弹射筒平行姿态分离,实现了在大过载下运载火箭飞行弹道初段抛罩,可提高运载能力,所达到的分离性能在国内外大型运载火箭上处于领先地位。     

卫星动力学环境模拟试验技术展望

卫星对严酷的动力学环境的适应能力直接关系到卫星飞行任务的成败,试验控制技术是动力学环境试验的关键环节.文章通过对模拟试验控制技术的研讨,包括振动试验中的力限控制技术和声试验响应控制技术的探讨,以及对卫星结构在动力学试验中故障诊断方法的分析,进一步展望卫星动力学模拟试验技术的未来.     

充液自旋卫星的姿态动力学

本文研究带旋转对称中心贮箱的充液自旋卫星在定常推进力作用下的充液刚体耦合系统动力学问题，采用ＰＥＧ方法，建立了具有常微分方程形式的系统动力学方程     

某卫星挠性附件姿态动力学研究

根据导出的某有大型太阳帆板的挠性卫星数学模型,分析了模型中挠性振动对质心和姿态运动的影响,给出了卫星系统的动力学方程,并对帆板展开、卫星稳态运行的模型作工程化处理。分析和仿真结果表明：该方法能降低模型的复杂度,满足大型卫星的姿态指向精度和稳定度要求。     

小卫星编队飞行动力学及其应用

由若干颗小卫星编队飞行组成一个虚拟卫星 ,其功能相当或超过一颗大卫星。这将为小卫星开拓一个完全崭新的应用领域。文章首先论述编队飞行的概念和应用 ,其次研究轨道动力学。系统地研究编队飞行三种动力学模型 ,最后进行相应数学仿真 ,分析研究各种数学模型的精度和它们的应用场合。     

中巴地球资源卫星动力学分析设计

简要叙述了总体部动力学组从基础理论和工程应用两方面，对柔性动力学、多体展开动力学、多体撞击动力学等领域进行的深入研究和取得的代表性成果。重点介绍了这些研究成果在中巴地球资源卫星动力学分析设计工作中的应用情况。     

中巴地球资源卫星动力学分析设计

简要叙述了总体部动力学组从基础理论和工程应用两方面,对柔性动力学、多体展开动力学、多体撞击动力学等领域进行的深入研究和取得的代表性成果。重点介绍了这些研究成果在中巴地球资源卫星动力学分析设计工作中的应用情况。     

挠性卫星姿态动力学模型的建立

本文提供了建立挠性卫星动力学模型的一种新方法。它和常规方法的比较表明,这两种方法得到的模型是一致的,但新方法更便于应用。文中还给出了应用新方法的一个典型例子。     

带挠性附件卫星动力学模型简化方法

本文通过估算挠性附件振型对卫星主体姿态的影响,给出了根据执行机构和测量机构安装位置来选择主振型的方法,使得用截断模态坐标得到的简化模型特征值与原系统主特征值之差很小,因而可以用低阶模型近似原高阶模型,简化带挠性附件卫星姿控系统的分析和设计.     

失效卫星电磁消旋涉及的地磁扰动计算及磁场源优化设计方法

以失效卫星为代表的空间碎片受各种扰动因素影响,其旋转速度可达几到几十(°)/s。这种旋转运动给碎片清除带来困难,因此对旋转空间碎片进行消旋势在必行。电磁消旋因其非接触、无碰撞特性得到广泛关注,但在实际应用中须首先判别地磁场与磁场源相互作用产生的扰动力和力矩。文章在简要介绍基于旋转磁场的电磁消旋方法的基础上,建立电磁消旋过程中的电磁扰动力和力矩的分析模型,仿真分析计算地磁扰动力及力矩的分布,并给出减小地磁扰动的源磁场结构设计原则。通过设计组合式磁场源,优化磁场源各个磁体的磁化方向排布,可减小磁场源总磁矩以及地磁扰动。     

嫦娥一号卫星定向天线动力学仿真分析

采用大型有限元软件MSC.NASTRAN,对嫦娥一号卫星定向天线压紧与展开两种工作状态下的模态与压紧状态下的加速度动力学响应,进行数值计算分析.针对双轴定向天线结构特点,结合双轴电机试验参数,引入扭簧单元对双轴电机结构进行模拟,并将天线压紧状态下的固有频率和关键点的加速度响应计算结果与试验结果进行了对比分析,两者具有较...