【摘要】：人類社會進入到21世紀以來,現(xiàn)代工業(yè)科學技術(shù)日新月異。隨著航天工業(yè)科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步,空間航天活動日益頻繁,給人類社會生活、國防軍事和國家利益帶來了巨大影響。同時,太空空間資源的爭奪趨勢愈演愈烈,空間安全和利益長期以來是世界各國關(guān)注的重點和焦點。如何能夠有效保障空間航天器安全,在未來空間攻防對抗中提高自身的打擊和防御能力,這將是未來航天科學技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。本文將空間航天器交會對接作為研究背景,分析總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的現(xiàn)狀以及本文研究的價值和意義。從航天任務(wù)入手,對航天器的空間交會、交會對接流程和近程導引進行了說明,針對近程導引階段導引的任務(wù)、對象和要求,設(shè)計出非合作目標航天器空間交會近程導引階段的追蹤航天器控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)并對各個模塊功能進行說明。針對目標航天器與追蹤航天器之間的相對運動進行分析。一方面根據(jù)航天器動力學理論分析交會對接過程中航天器的相對運動,進行坐標系的確立與轉(zhuǎn)換、給出動力學方程,建立航天器空間交會近程導引的數(shù)學模型。另一方面,定義了空間二體問題和軌道要素,并在此基礎(chǔ)上推導了航天器飛行軌道的計算公式和方法步驟,從而完成航天器初始軌道的確定和預報。在一定假設(shè)條件下,對兩航天器運動數(shù)學模型進行線性化處理,推導了近距離近圓軌道下的兩航天器相對運動方程即C-W方程,給出非攝動影響下相對運動方程推導的一般方法步驟,并基于C-W方程對兩航天器在軌道平面的相對運動進行分析說明。從能量的角度,利用現(xiàn)代控制系統(tǒng)理論,推導了兩航天器相對運動狀態(tài)空間表達形式,并由此進一步推導出追蹤航天器近程導引的導引律和基于C-W方程的脈沖導引模型。在上文研究的基礎(chǔ)上,主要進行非合作目標近程導引算法推導優(yōu)化與軌道機動策略研究。首先分析了非合作目標的非合作性和近程導引階段導引任務(wù)的特點,然后根據(jù)非合作目標空間交會近程導引軌道機動的約束條件,對近程導引算法和軌道機動策略進行推導優(yōu)化,最后進行多脈沖最優(yōu)軌道控制求解并利用仿真軟件進行仿真測試和對比分析。
【圖文】：

美國向太空發(fā)射了名為“天空實驗室”的空間站，這也是美國第一個空空間站。為了保障“天空實驗室”的正常運轉(zhuǎn)美國先后發(fā)射了 3 艘其進行交會對接。繼“阿波羅”計劃之后，，在 1973 至 1983 年期間，年的時間實施了航天飛機計劃。這一計劃的成功實施代表了航天技，其功能強大，能夠完成衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星捕獲、在軌維修、空間組[13]。同時在阿波羅和天空實驗室的經(jīng)驗成果上，對不同飛行任務(wù)提控制方案。蘇聯(lián)/俄羅斯主要發(fā)展了“禮炮”系列空間站（圖 1-1）、“和國際空間站。1962 年 8 月 12 日，蘇聯(lián)宇航員波波維奇駕駛的“東前一天尼古拉耶夫駕駛的“東方 3 號”飛船進行了交會，兩人距離最距 6.5km，這也是人類歷史上第一次太空編隊飛行。1967 年 10 月，”和“宇宙 188 號”非載人式試驗飛船進行了世界上第一次無人航天器。“宇宙 188 號”進入預定軌道后通過軌道機動進入到距離“宇宙 186內(nèi)，然后由“宇宙 186 號”對“宇宙 188 號”進行主動追蹤，最后采用針統(tǒng)，完成兩試驗飛船的自動交會對接，全過程用時 62 分鐘。幾個月之 號”和“宇宙 213 號”也成功完成了交會對接任務(wù)。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文以此用來尋找生命起源的線索和發(fā)現(xiàn)太陽系形成的原因。深度撞擊計劃“DeepImpact”在軍事方面的價值在于驗證了未來可能發(fā)生的空間航天器攻防對抗中攔截敵對航天器的相關(guān)技術(shù)，這次撞擊任務(wù)仿佛是在精確的時間與固定的地點，發(fā)射一顆子彈準確地擊中了另外的一顆子彈[17]。試驗衛(wèi)星計劃（XSS）是由美國空軍實驗室與波音公司聯(lián)合開展實施的。目的是驗證運用微小航天器對在軌目標航天器進行攔截、維護與維修能力。試驗衛(wèi)星計劃（XSS）在對非合作目標航天器精確在軌攔截、快速響應(yīng)的在軌離軌服務(wù)和低成本的在軌維修維護三個方面取得了良好的預期效果。XSS-10 與 XSS-11（圖 1-2，1-3）是試驗衛(wèi)星計劃（XSS）的兩個低成本微小型航天器，用于驗證航天器空間臨近操作技術(shù)，其主要技術(shù)指標包括自主交會能力、實時下傳數(shù)據(jù)信息能力、在軌維護維修能力、不依賴目標的導航設(shè)備或?qū)訖C構(gòu)（自主能力）和快速應(yīng)急機動能力，這充分說明了它們能夠用于接近、跟蹤、監(jiān)測、成像，在軌攔截、捕獲等空間航天器攻防對抗的軍事目的，盡管美國一再宣稱試驗衛(wèi)星計劃（XSS）只用于廢棄航天器，但其軍用價值明顯[18]。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V526

【參考文獻】

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本文編號：2645891