空间系绳的安全性设计准则探讨

系绳的安全性设计是成功实施空间系绳试验非常重要的一环。文章首先介绍了空间系绳的发展状况,然后对已有的系绳材料与结构作了详细的介绍与分析,并通过对国外历次空间系绳试验的总结,给出了从安全性角度如何选择系绳的考虑因素。     

美国家侦察办公室进行系绳研究

美国家侦察办公室进行系绳研究美国负责情报卫星采办的国家侦察办公室称他们正在利用一颗在轨系绳卫星进行系绳研究，以在某些方面弥补美国航天飞机今年２月进行的系绳卫星试验。这是该机构成立３５年来首次公开宣布它正在搞的一项空间计划。这颗卫星称为系绳物理与生存能...     

美国在轨制造技术发展现状及启示

介绍了美国空间焊接、空间增材制造等技术的发展情况,总结了美国在相关领域的研究热点,包括新型的空间在轨焊接方法、下一代多功能3D打印系统、增材制造实现空间大型结构在轨制造技术等,论述了美国在轨制造技术发展对我国在轨制造技术研究的几点启示。研究结果可为我国在轨制造技术未来研发决策布局提供参考。     

空间系绳系统的发展及其应用前景

空间系绳系统是一项鲜为人知的航天技术，它已有几十年的发展历史。最近，俄罗斯的专家们把这项技术推向了一个新的发展阶段，现作一概括介绍。一、空间系绳系统空间系绳系统是一个人造空间物体（卫星、飞船、货物）的组合体，它们之间用一根长的挠性元件（系绳、电缆、软...     

美国家侦察办准备再发射一颗系绳卫星

去年6月20日，美国国家侦察办公室向空间部署了一颗系绳卫星。这颗卫星称为系绳物理与生存能力卫星（TIPS），到去年11月初已在轨运行了20周而不折断，创下了系绳的生存纪录。它提供了有关系绳空间运行规律的最新数据，使该办公室的管理人员看到了系绳的生存能力，证实了他们的     

空间机器人与在轨服务专业委员会2017年年会暨第三届空间机械系统学术研讨会征文通知

<正>为加强空间智能机器人工程研制与基础科学研究,解决机器人技术在在轨服务、深空探测等重大航天工程领域中应用的瓶颈问题,推动空间智能机器人专业技术的发展,中国自动化学会空间机器人与在轨服务专业委员会及其挂靠单位北京空间飞行器总体设计部将于2017年下半年在北京组织召开"空间机器人与在轨服务专业委员会2017年年会暨第三届空间机械系统学术研讨会"。欢迎从事空间机械系统相关研究的科技     

再论空间系绳在回收容器返回中的应用

在已有的研究结果的基础上，对空间系绳在回收容器回中的应用，作了进一步分析，包括从回收容器离开空间站至回收容器从系绳上脱落的系绳伸展运动，（２）从系绳脱落的回收容器的返回运动，（３）释放容器后的系绳的收回运动。对回收容器的动态释放，除了两阶段指数型伸展程序外，还提出了另外两种导致系绳后摆的方式。对静态释放与动态释放，不仅对系绳长度，而且对系绳张力作了计算与分析。为了系绳收回过程的稳定，不仅要施加张力     

德国航天器在轨操作技术面临的挑战及解决方案简析

一、德国在轨操作技术发展概况德国宇航中心在空间编队飞行和航天器在轨逼近操作领域有着丰富的经验,而且对空间机器人技术也开展了深入研究。近期,德国宇航中心的空间操作中心准备启动两个空间机器人在轨操作项目,即"德     

论绳系小卫星的应用与技术可行性

借助空间系绳的作用,绳系小卫星增强与扩大了现代小卫星的能力,在空间探测与航天技术中具有独特的功能,可承担一般小卫星不能承担或难以承担的太空使命。本文阐述绳系小卫星在太空使命(空间开发与应用,空间环境探测,以及航天新技术试验与演示等)中的应用及其原理,包括建造微重力空间平台,实现机动变轨,进行空间环境探测,以及利用导体系绳装置生成电能、贮存能量、提升轨道等。通过对小型绳系系统SEDS-1、SEDS-2、PMG、TiPS飞行试验的综述与分析,论述绳系小卫星技术可行性与成熟性,包括系绳的伸展,子星的控制,系绳的切断,子星的再入,导体系绳的电动力学应用,以及长系绳生存能力等。对中国绳系小卫星的应用与技术发展提出方案设想。     

电动力系绳离轨系统关键技术简析

空间碎片引起的恶劣空间环境迫使人们研究低成本、高效率的离轨技术。文章对低地球轨道空间碎片清除技术之一——电动力系绳离轨技术的研究进行综述,首先介绍电动力系绳离轨系统的国内外研究现状,然后描述系统的动力学与控制的研究内容,预测系统离轨时间,详述系统离轨装置设计内容,最后对电动力系绳离轨系统未来的发展以及重点、难点做出展望。     

辐射开环空间绳系机器人编队动力学及控制

提出了一种新型辐射开环空间绳系机器人编队系统,其在编队稳定性、任务灵活性及燃料消耗等方面具有明显的优势。针对辐射开环空间绳系机器人编队系统自旋运动过程中的构型误差控制问题,首先建立了编队系统的自旋动力学模型;然后分析了空间绳系机器人的绳系拉力和空间平台的自旋扭矩对编队系统自旋运动中出现的构型误差的控制能力;设计了一种依靠空间绳系机器人绳系拉力和空间平台自旋扭矩作为控制量,对构型误差进行控制的协调控制方法;最后通过数字仿真进行了校验和分析。仿真结果表明：设计的协调控制方法能够明显改善编队系统自旋运动中构型误差的控制效果。     

自主机动空间绳网机器人设计与动力学建模

设计了一种新型“平台+绳系+柔性网+自主机动单元”结构的空间机器人系统,较强的机动能力和较大的任务范围使其在空间垃圾清理任务中具有显著的优势。详细描述了自主机动空间绳网机器人的概念、任务过程和特点。为了分析自主机动空间绳网机器人逼近目标过程开始时柔性网网型的变化趋势,采用质量集中法建立了逼近过程的动力学模型,模型中将柔性网离散化为无质量弹性杆和质点的集合,同时考虑了自主控制力的作用。在不同条件下对逼近过程中的网型变化进行了数字仿真,仿真结果表明：逼近过程开始时,自主机动单元无控状态下柔性网将产生收口运动,且收口运动的强弱与自主机动单元和柔性网的初速有关;逼近轨迹也将偏离目标方向。通过自主机动单元的自主控制力能够避免收口运动和逼近方向偏移的产生。     

一种用于空间系绳卷取的自适应机构

针对空间绳网系统的缆绳收口要求,介绍了一种由双转子电机、双卷筒和自由导绳套筒组成的自适应缆绳卷取机构,给出了机构的设计思路。通过建立其系统动力学方程,据此得到系统各状态变量的稳态解,理论和实验分析缆绳卷取过程的特性,证实此卷取机构的有效性和一定的适应性,为类似空间绳系的卷取机构设计提供参考。     

绳系卫星系统的运动与控制

绳系卫星系统的运动与控制分析,是绳系卫星应用的基础。本文的数学模型考虑了作用在子星、主星及系绳上的空气阻力以及在伸展与收回阶段主星与系绳之间的质量传递,给出了相应的具体的计算式。应用该数学模型,本文对现有的几种主要控制法,进行了模拟计算,作出评审意见。     

绳系卫星系统复杂模型研究

对绳系卫星系统提出一种仿真度更高的动力学模型，着重研究状态保持阶段的子星的振荡与姿态运动。主星设为质点，与系统质心相合，作圆轨道运动；子星取为三维刚体，系绳采用株式模型。除绳系统动能、引力位能及系绳弹性势能外，还考虑了系绳的结构阻尼，以及由系绳外皮包引起的弯曲力矩与扭转力矩。计算机辅助推导参与模拟计算程序设计。     

绳系太阳能发电卫星姿态机动的主动振动控制

针对绳系太阳能发电卫星大角度回转机动时太阳能板的振动抑制问题,提出了主姿态控制和基于绳中张力的主动振动控制技术相结合的复合控制方法。建立了绳系太阳能发电卫星系统的动力学方程,并基于任务函数控制算法设计了主控制器保证卫星姿态的渐近稳定和挠性结构振动的衰减性;考虑到绳的非线性特性,基于任务函数控制算法设计了绳系卫星系统的主动振动抑制辅助控制器来抑制挠性结构的振动。设计的同时证明了系统的稳定性。将该方法应用于绳系卫星的大角度单轴回转机动的仿真研究,结果表明:该方法不仅能够使绳系卫星完成姿态机动,而且能够有效地抑制太阳能板的振动。     

改进的绳系卫星系统距离速率控制律

为扩大绳系卫星系统(TSS)控制的稳定域,提出了一种改进距离速率控制算法。根据TSS动力学方程及构造的二阶稳定系统,给出了修正的控制模型。讨论了稳定释放角度和释放/回收速度的影响,并研究了固定绳索长度系留控制方案。算例表明该方法可显著扩大稳定域,提高释放速度。     

绳系卫星安全捕获策略下的释放最优控制

安全捕获是绳系卫星系统空间应用的一个重要拓展。考虑系绳质量、系统质心变化及状态、控制约束,采用基于Lagrange方程的圆轨道条件下空间绳系网捕系统三维动力学模型。建立了安全捕获模型,推导得到零相对速度条件下的安全捕获末端条件。为保证方法的适用性,将基于Legendre伪谱法的连续时间最优控制问题离散为标准的非线性动态规划问题。最后在考虑释放控制前初始面外角偏差为5°的情况下,通过数值仿真验证了方法的有效性。仿真结果表明：对于远距离释放条件下的安全捕获,系统质心变化不容忽视;最小能量与绳长加速度约束下的控制响应相比最小时间与面内角约束要更平滑。     

Tether-platform coupled control

From the control point of view, tethered systems pose several challenges, the major one pertaining to the regulation of the unstable system dynamics during the retrieval phase. On the other hand, the system configuration permits design of controllers using length rate, tension and offset schemes, which are not feasible with other satellites. Here “offset” refers to the time dependent variation of the tether attachment point at the platform end. The present paper studies several applications of the offset scheme in controlling the tethered systems. To that end, planar equations of motion of a space platform based Tethered Satellite System (TSS) are derived by the Lagrangian procedure. This is followed by representative results aimed at the offset control of platform pitch, tether attitude and vibration motions. The offset scheme is used for simultaneous control of platform and tether pitch motion. Finally the attention is directed towards simultaneous regulation of the platform pitch and longitudinal tether vibration. The numerical results clearly show considerable promise for the offset control scheme in regulating tether, platform and combined tether-platform dynamics.     

空间非合作目标物柔性捕获技术进展

分类探讨了近年来出现的多种空间柔性捕获技术的原理及性能特点,给出了一些具有代表性的案例,结果表明：空间绳系捕获技术在理论及试验研究方面都相对成熟,是未来行之有效、可工程实现的柔性捕获方式之一。重点针对空间非合作目标物捕获中容易出现的翻滚问题,对比分析现有的几种常用的接触式消旋方法,分析表明能同时实现捕获+消旋的一步式消旋法更具有应用前景。以空间绳系捕获技术作为空间柔性捕获的代表,对其捕获后的空间绳系组合体动力学模型建立过程中的系绳模型进行了综述,指出了各种系绳模型的优缺点及适用条件。对系绳控制机构进行了分类综述,给出了设计系绳控制机构需重点关注的问题。最后对空间绳系捕获技术的发展方向做了展望。