空間碎片由于其巨大的動能,對在軌正常運行的航天器以及航天員太空活動都構(gòu)成了嚴重的威脅。由于碰撞級聯(lián)效應,當空間碎片數(shù)量到達某個點后,會導致碰撞頻繁發(fā)生,空間碎片數(shù)量急劇上升而徹底失控。對于GEO軌道同樣如此,若發(fā)生碰撞碎片將永久駐留,長此以往,GEO軌道的珍貴軌道資源將不復存在。主動碎片清除以大型失效航天器為目標,從源頭切斷次級碎片的生成,是一種有效的空間碎片減緩手段,特別是隨著發(fā)射數(shù)量的日益增長,對碎片主動清除的需求日趨緊迫�？臻g目標若發(fā)生姿控故障而亂噴或在殘余角動量的作用下,會出現(xiàn)翻滾的現(xiàn)象,給航天器捕獲及變軌帶來了很大挑戰(zhàn),尤其是在近距離下對服務航天器的安全構(gòu)成嚴重威脅。本文以碎片主動清除任務為背景,研究了采用攜帶系繩的魚叉裝置捕獲目標后的翻滾減緩和離軌控制問題,由于服務航天器不會直接接觸目標,保證了平臺的安全,主要研究工作如下:針對采用系繩張力對目標消旋的問題,采用牛頓歐拉法建立了服務航天器和目標航天器的姿態(tài)動力學模型和質(zhì)心相對運動模型,模型考慮了系繩張力產(chǎn)生的力矩對兩航天器姿態(tài)的影響。目標包括剛性航天器和攜帶撓性附件的情形。質(zhì)心相對運動方程考慮了系繩的拉力,建立了類似CW方程的...

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究目的與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 空間碎片主動清除研究現(xiàn)狀
        1.2.2 空間繩系系統(tǒng)的應用設想
        1.2.3 繩系衛(wèi)星系統(tǒng)試驗
        1.2.4 空間繩系系統(tǒng)動力學建模及控制
        1.2.5 繩系系統(tǒng)應用的巨大挑戰(zhàn)
    1.3 空間系繩系統(tǒng)與在軌服務
    1.4 論文主要內(nèi)容
第2章 空間繩系系統(tǒng)消旋及離軌動力學建模
    2.1 引言
    2.2 TST系統(tǒng)坐標系定義
    2.3 服務航天器與目標的姿態(tài)運動學方程
        2.3.1 剛性目標姿態(tài)動力學方程
        2.3.2 撓性目標姿態(tài)動力學方程
        2.3.3 姿態(tài)運動學方程
    2.4 兩航天器質(zhì)心相對運動方程
    2.5 廣義坐標形式的繩系系統(tǒng)動力學方程
    2.6 系繩動力學
        2.6.1 無質(zhì)量系繩系統(tǒng)
        2.6.2 考慮系繩質(zhì)量系統(tǒng)
        2.6.3 系繩釋放回收裝置
    2.7 系統(tǒng)質(zhì)心運動方程
    2.8 電動繩系廣義力
        2.8.1 非傾斜偶極子地磁場模型
        2.8.2 國際地磁參考場
        2.8.3 電動繩系的電動力
    2.9 軌道攝動
        2.9.1 大氣阻力攝動
        2.9.2 地球扁率攝動
        2.9.3 太陽光壓攝動
        2.9.4 日月引力攝動
    2.10 本章小結(jié)
第3章 基于T-S模糊方法的繩系系統(tǒng)消旋穩(wěn)定控制
    3.1 引言
    3.2 T-S模糊模型
    3.3 服務航天器偏差動力學模型
        3.3.1 系繩張力控制律設計
        3.3.2 服務航天器姿態(tài)偏差動力學模型
        3.3.3 服務航天器位置偏差動力學模型
    3.4 T-S模糊制導模型與控制模型
        3.4.1 T-S模糊制導模型
        3.4.2 服務航天器位姿T-S模糊控制模型
    3.5 目標航天器轉(zhuǎn)動慣量辨識
    3.6 數(shù)值仿真
    3.7 本章小結(jié)
第4章 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的撓性目標繩系系統(tǒng)消旋控制
    4.1 引言
    4.2 撓性目標消旋策略
    4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡模型
        4.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡
        4.3.2 BP網(wǎng)絡離散化預測
        4.3.3 基于BP網(wǎng)絡權(quán)值的離散化
        4.3.4 狀態(tài)可測系統(tǒng)控制量規(guī)劃
        4.3.5 輸出反饋系統(tǒng)模型構(gòu)造及控制器設計
    4.4 服務飛行器制導與跟蹤控制
        4.4.1 張力控制律
        4.4.2 服務航天器位置制導
        4.4.3 服務航天器位置跟蹤控制
    4.5 撓性目標消旋仿真
        4.5.1 目標名義模型辨識
        4.5.2 撓性目標消旋控制結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
第5章 空間繩系系統(tǒng)消旋路徑規(guī)劃
    5.1 引言
    5.2 系繩阻尼展開法
    5.3 基于偽譜法的優(yōu)化方法
        5.3.1 Radau偽譜法
        5.3.2 消旋問題描述
    5.4 序列凸優(yōu)化優(yōu)化方法
        5.4.1 繩系消旋凸優(yōu)化問題
        5.4.2 閉環(huán)控制
    5.5 數(shù)值仿真結(jié)果
        5.5.1 系繩展開法
        5.5.2 模型驗證
        5.5.3 Radau偽譜規(guī)劃
        5.5.4 序列凸優(yōu)化規(guī)劃方法
    5.6 本章小結(jié)
第6章 空間繩系系統(tǒng)離軌策略研究
    6.1 引言
    6.2 碎片清除原則
    6.3 基于化學推進的離軌
        6.3.1 高軌目標清除方案
        6.3.2 高軌目標長期運動特性
        6.3.3 低軌目標主動清除方案及軌道壽命
    6.4 基于電動系繩的低軌目標離軌
        6.4.1 長繩系系統(tǒng)的穩(wěn)定性
        6.4.2 電動繩系的控制能力
    6.5 數(shù)值仿真
        6.5.1 LEO目標化學推力離軌
        6.5.2 GEO目標化學推力離軌
        6.5.3 電動繩系系統(tǒng)離軌
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷



本文編號：4046932