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。     

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。     

有分布质量系绳的卫星系统的动力学

以一组偏微分方程建立起的数学模型和采用距离速率控制算法来描述系统的受控运动。创建的递推算法用于计算系统的定常运动和称驻形。根据求解小偏差运动方程和通过边界条件求解特征根以判定驻形的稳定性。给出了模拟结果。     

利用姿态机动的绳系卫星编队系统轨道协同控制

为克服绳系卫星编队系统在轨道机动过程中的系绳摆动现象,提出一种通过调整领航星推力方向进而实现编队系统轨道跟踪的控制算法。由于推力方向角与状态量互相耦合且少于系统自由度个数,轨道协同控制属于典型的非仿射欠驱动控制问题。针对此问题,首先采用升阶法将角速度作为虚拟控制输入;然后为各子系统设计子滑模面后加权得到高层滑模面和等效控制输入律,并设计观测器估计系统非线性项;其次基于模型预测控制算法优化得到最高层滑模面的趋近控制律;最后采用MATLAB/Simulink验证了所提控制算法的有效性。     

绳系卫星系统动力学,运动学与控制评述纲要

基于作者对绳系卫星系统的研究成果,比较全面、系统、扼要地阐述了绳系卫星系统在动力学与运动学方面的特性与研究方法,并对绳系系统的控制技术作出评述。     

绳系卫星系统二维平面运动和常规动力学

在假设了无质量的系绳和地球中心引力场后，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（两星间距）变化和方位角的变化而决定。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以及运动的分形问题。用本文中方法对ＴＳＳ     

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。     

绳系卫星系统中的周期运动

在椭圆轨道上飞行的绳系卫星系统的重要特征是系绳的方向角具有周期性运动，称为驻环。不稳定的驻环导致全系统的不稳定性。本文给出系统运动的数学模型、距离速率控制方法、求解驻环的数值迭代算法、驻环的稳定性和吸引域以及控制参数平面上驻环存在的区界和计算机仿真结果     

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     

系绳卫星体制高精度INSAR系统设计

针对现有分布式干涉系统难以实现更高比例尺高效率地形测绘的问题,提出了一种基于系绳卫星体制的InSAR系统。首先,结合系绳卫星动力学仿真,给出了系绳干涉系统的几何模型,提出了系绳干涉系统的工作模式,然后研究了系绳卫星SAR载荷的具体工程实现途径,提出了基于系绳电缆解决实现同步和相位同步的方法。首次建立了系绳长度及面内角等参数与模糊高度的关系,对SAR载荷的工作频段、发射峰值功率、天线口径、入射角范围等进行了优化设计。对系绳InSAR系统的关键性能指标进行仿真分析,仿真结果表明该系统可以实现0.5m测高精度等核心指标。该研究提出了一种1:5000比例尺的高精度测绘SAR系统,相对测高精度比德国的Tandem-X系统提升了4倍,可为我国后续开展高精度星载InSAR工程研制提供参考。     

基于修正罗德里格参数的绳系卫星动力学模型

针对基于欧拉角的绳系卫星动力学系统模型在面外角的余弦函数为0时,面内角变得不稳定的奇点问题,提出一种基于修正的罗德里格参数和其阴影相结合的绳系卫星系统动力学模型。在证明了其在消除奇点问题可行性的基础上,进行了仿真,实验结果表明该模型在消除奇点的优势下,修正的罗德里格参数及其阴影的非连续性转换并不会影响到欧拉角的连续性变化和表示,具有全局性。     

用弹性绳系系统进行空间捕捉的最优控制

研究如何从空间平台上释放绳系捕捉系统与被捕捉负载相交会,给出了交会机动可行点的求解过程.计入系绳弹性,采用高斯伪谱算法计算交会机动涉及的非线性最优控制问题.结果表明,在满足相关约束的条件下,通过调节系绳张力和捕捉系统上的推进力即可实现精确的交会控制.     

电动力绳系卫星轨道机动策略研究

针对电动力绳系卫星轨道机动问题,提出三种电流控制策略实现不同要求的轨道机动。采用常值电流、bang-bang式电流以及傅里叶式电流三种控制策略来实现电动力绳系卫星的轨道机动,并引入小误差修正方法来提高控制精度。结果表明：常值电流和bang-bang式电流分别能够实现轨道倾角和升交点赤经的独立变化;而傅里叶式的时变电流能够实现考虑气动阻力情况下的一般轨道机动。提出的小误差修正方法只需经过一次误差修正就能显著提高轨道机动控制精度。     

含不确定性的绳系卫星姿态的鲁棒最优控制

针对绳长变化的旋转二体绳系卫星姿态跟踪控制问题,提出了一种分布式鲁棒最优控制方法。首先针对单体绳系卫星姿态模型,在假设模型精确和不存在干扰的条件下,设计基于HamiltonJacobiBellman方程的最优控制器;进一步考虑到实际系统存在参数不确定性和干扰,采用自适应方法和鲁棒误差积分方法隐式学习参数不确定性和有界干扰,与最优控制器结合设计鲁棒最优控制器,并应用Lyapunov稳定性定理证明其闭环系统的渐近稳定性。其次,根据绳系卫星系统的运动同步性,将单体绳系卫星姿态控制器设计扩展至二体绳系卫星系统,设计二体绳系卫星姿态系统的分布式鲁棒最优控制器。最后在Matlab/Simulink平台上进行仿真验证,结果表明了所设计控制器的可行性与有效性。     

重力场测量卫星研究概况

首先给出了地球重力场和重力测量卫星的内涵，然后概要介绍了地球重力场、月球重力场的作用和意义及国外地球重力场测量技术的发展现状和趋势，比较了目前国际上具有代表性的CHAMP、GRACE和GOCE等重力卫星测量系统。最后阐述我国重力场测量的现状以及发展我国重力场测量卫星系统的必要性，并简要介绍了最新研究进展。     

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...     

电动绳系在低极轨卫星中的应用研究

低极轨卫星具有轨道周期短、对地观测分辨率高等优点,但由于所在轨道大气阻力大,其使用寿命受到较大限制。文章提出采用水平结构电动绳系抵消低极轨卫星大气阻力的方法,通过系绳电流与地球磁场相互作用产生洛仑兹力进行推进,进而在无燃料消耗的情况下实现对低极轨卫星轨道高度的维持。初步分析了该方法在低极轨不同尺寸卫星中的应用潜力,计算了160 、400 和800 km 典型高度低极轨卫星所经历的地球磁场、电离层和高层大气环境相关参数变化,比较了不同条件下电动绳系推力与大气阻力大小随轨道位置的变化。分析结果表明,该方法适用于400 km 轨道高度以上大卫星;在满足一定系绳长度和轨道高度的条件下,电动绳系可以有效延长低极轨卫星的轨道寿命。     

绳系卫星实施安全捕获的能量最优控制

考虑系绳质量、系统质心变化及状态、控制约束,基于Lagrange方程给出了圆轨道条件下空间绳系网捕系统三维动力学模型.推导得到了零相对速度条件下的安全捕获末端条件,研究了面内安全捕获策略下的非线性能量最优控制问题.为保证方法的适用性,基于Legendre伪谱法将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...