随机扰动情况下绳系卫星状态保持阶段的最优控制

在考虑系绳弹性的情况下, 建立绳系卫星轨道面内运动的动力学模型, 并在系统平衡位置线性化, 得到绳系子星在随机扰动作用下的稳态保持状态方程. 引入基于卡尔曼滤波的状态估计方法和最优状态反馈控制策略, 提出了保持系统稳态运行的控制方法, 并以YES2空间系绳试验为参考模型设计了稳态保持控制系统. 分别在不考虑系绳弹性和考虑系绳弹性的系统模型下进行相应仿真分析, 结果表明所提出的控制方法能使系统具有良好的抗干扰性能, 系绳控制张力变化平缓且幅值小, 提高了系统状态保持阶段的可靠性和安全性. 同时系绳刚度系数的减小可使系绳纵向振动加剧, 但对横向摆动影响较小, 这为选取合适的系绳材料提供了理论参考.      

柔性系绳平衡状态临界绳长研究

为了确定柔性系绳系统在平衡状态下的临界绳长,在考虑大气阻力、系绳伸展性、系绳质量等因素的情况下,基于系绳系统轨道运动建立了系绳平衡状态方程.为确定求解系绳平衡方程所需初值条件,分析了载荷受力情况并建立其平衡状态方程,进而分析给出了系绳长度达到临界值的条件以及临界绳长的计算方法.仿真计算了不同载荷质量、系绳直径和载荷弹道系数这三种情况下系绳的临界绳长,分别拟合得到这三种情况下临界绳长的计算方程,并分析了不同载荷质量、系绳直径和载荷弹道系数对系绳临界绳长的影响.      

基于模糊应力-强度模型的空间系绳碰撞可靠性

空间系绳系统由于其特殊的组成结构日益受到关注,空间系绳的碰撞可靠性研究是系绳任务设计的重要一环.本文采用可靠性分析基本原理中的应力-强度模型,根据近地轨道的空间碎片通量和泊松分布方法,进行空间系绳在轨碰撞可靠性的研究分析.根据对空间系绳碰撞可靠性有影响的系绳结构因素,即单股系绳的直径、长度,双股系绳的绳间距、碰撞角等,...     

速率控制下的空间系绳的伸展

以地球同步轨道高度上的空间系绳的伸展为例,阐述了长度速率控制律中的参数对伸展过程的影响,控制律中参数选择的方法,最大系绳拉力的估算以及伸展过程中系绳应力的计算。     

论绳系卫星系统的运动中心

讨论了稳定状态下绳系系统运动中心及相关的力学与应用问题。绳系系统运动中心与系统质心不重合。确定了运动中心在系绳上的位置,并从运动中心概念出发,导出系绳拉力的表示式,阐述了系绳拉力偏差对摆动频率计算的影响。     

带偏置点的绳系拖拽离轨系统动力学研究

考虑空间拖船利用飞网/飞爪对空间残骸捕获结束后绳系拖拽系统的动力学特性,开展了基于简化的带偏置点构型的建模及仿真研究.首先,捕获后的组合体包括空间拖船、系绳和空间残骸,系绳在空间残骸一端的牵挂点看作偏置点,给出相应的的绳系拖拽系统构型;其次,以降轨离轨过程为例,建立系统能量方程,并根据欧拉-拉格朗日方程给出系统的动力学表达式并估算系绳张紧情况下的平衡点;最后,设定离轨推力,在不同的初始角速度、系绳张紧或松弛以及不同松弛程度条件下,分析绳系拖拽离轨系统的动力学行为.研究表明,空间残骸小的初始角速度和张紧或略微松弛的系绳能够保证安全离轨.     

未来空间站系统中的空间系绳

在未来空间站系统中,空间系绳将起重要而独特的作用。系绳技术是发展空间运输、空间研究与空间应用的一项关键技术。     

系绳辅助的行星际轨道捕获研究

针对深空探测中应用动量交换系绳辅助进行行星际轨道捕获时的系绳控制问题,首先对运行在目标行星双曲线飞越轨道上的探测器系统进行动力学建模,给出了一致性轨道捕获条件和系绳最佳切断点,并进行了动力学特性分析。考虑到子探测器捕获后的变轨需求及系绳收放速率的限制,提出了新的最优控制方法,并应用模拟退火算法进行了数值求解。仿真结果表明,系绳切断时指向恰当,子探测器距离目标行星最近,将有利于后续变轨;系绳最大收放速率约为30m/s,切实可行。     

利用空间系绳的降轨与再入

空间系绳可以将回收容器(试样)带出空间站(实验室),进入地球再入轨道。两段指数型的伸展程序和尽可能大的伸展速率对长度之比,能够激发空间系绳产生较大量值的负平面内摆角速度。该角速度可以缩减用于回收容器再入的空间系绳长度或改进再入特性。     

空间飞行体地心坐标与大地坐标的快速精确转换

在空间任一点的子午面内 ,建立该点到地球子午椭圆的法线方程 ,以法线与子午椭圆交点的地心坐标为参数 ,导出大地高程和大地纬度的近似算法和严密算法。近似算法十分简单 ,使用有三角函数的手持计算器就可以完成计算。对于高度低于 360 0 0km的任何空间点 ,大地高h和大地纬度B的精度分别优于 31m和 0 1 7°。以近似算法的中间结果为初值 ,可将大地坐标的解算转化为一个二元一次方程组 ,解算非常简单 ,用PC在瞬间即可完成一批空间点的计算并可获得与真值完全相同的大地坐标 ,这为空间飞行体坐标的实时快速计算 ,提供了新的技术支持     

绳系卫星释放及工作态动力学分析

考虑强系卫星系统强索质量的影响，导出三维空间动力学方程，运用Pontryagin极小值理论求出释放过程中张力优化控制规律；得到最佳释放速度变化曲线，对子星工作阶段进行动力学分析。讨论系统质心沿椭圆轨道运动与姿态运动的耦合，文中附有算例。     

Determination of visible coordinates of the low-orbit space objects and their photometry by the CCD camera with the analogue output. Initial image processing

The number of artificial space objects in the low Earth orbit has been continuously increasing. That raises the requirements for the accuracy of measurement of their coordinates and for the precision of the prediction of their motion. The accuracy of the prediction can be improved if the actual current orientation of the non-spherical satellite is taken into account. In so doing, it becomes possible to directly determine the atmospheric density along the orbit. The problem solution is to regularly conduct the photometric surveillances of a large number of satellites and monitor the parameters of their rotation around the centre of mass. To do that, it is necessary to get and promptly process large video arrays, containing pictures of a satellite against the background stars.     

Evolution of coronal mass ejection/shock system in interplanetary space

The evolution of coronal mass ejection/shock system is investigated by numerically solving the usual set of two-dimensional single-fluid polytropic magnetohydrodynamic equations from 1 R_s to 1 AU in the meridian plane. The simulation result reveals that the coronal mass ejection/shock system formed near the sun evolves into the magnetic cloud/shock system near the earth’s orbit through the following three phases: the initial formation, the dominant latitudinal expansion and the similar expansion.     

含无质量系绳的卫星系统平面运动和常规动力学

研究绳系卫星系统在同一轨道平面内运动，由子星－母星之间相对位置向量描述，亦即由该向量的长度变化和方位角的化而决定，在引入距离速率控制算法之后，系统的动力学主要由方位角运动而定，当母星轨道为圆形时，系统运动状态具有极限点，而在椭圆轨道下则有极限环，采用了非线性动态系统的方法和技术来计算极限状态和分析它们的稳定特性，用本文中方法对TSS－1以及其他绳系卫星系统方案作了数值模拟。     

绳系卫星系统耦合振动频率的确定

将N(N≥2)体绳系卫星系统的各节系绳分为足够多的小段,如共有M-1段,每小段上的系绳张力可认为是常量。这样由N 体问题转化来的M 点问题即可逼真系绳张力沿系绳的变化。利用中间连接点的边界条件,M 点边界值问题可简化为等效的两点边界值问题,从而平面内耦合振动频率的求解归化为四阶行列式的求值。由绳系卫星系统运动中心概念推导出的每小段系绳张力的平均值,被用于系统振动频率的求解。并给出一套适合于编制计算程序的求解轨道平面内耦合振动频率的数学表达式,以及一组模拟计算结果。     

Spin motion determination of the Envisat satellite through laser ranging measurements from a single pass measured by a single station

The Satellite Laser Ranging (SLR) technology is used to accurately determine the position of space objects equipped with so-called retro-reflectors or retro-reflector arrays (RRA). This type of measurement allows to measure the range to the spacecraft with high precision, which leads to determination of very accurate orbits for these targets. Non-active spacecraft, which are not attitude controlled any longer, tend to start to spin or tumble under influence of the external and internal torques and forces.If the return signal is measured for a non-spherical non-active rotating object, the signal in the range residuals with respect to the reference orbit is more complex. For rotating objects the return signal shows an oscillating pattern or patterns caused by the RRA moving around the satellite’s centre of mass. This behaviour is projected onto the radial component measured by the SLR.In our work, we demonstrate how the SLR ranging technique from one sensor to a satellite equipped with a RRA can be used to precisely determine its spin motion during one passage. Multiple SLR measurements of one target over time allow to accurately monitor spin motion changes which can be further used for attitude predictions. We show our solutions of the spin motion determined for the non-active ESA satellite Envisat obtained from measurements acquired during years 2013–2015 by the Zimmerwald SLR station, Switzerland. All the necessary parameters are defined for our own so-called point-like model which describes the motion of a point in space around the satellite centre of mass.