【摘要】：近年來,航天技術(shù)的快速進(jìn)步不僅大大促進(jìn)了其在軍事、科學(xué)、商業(yè)等領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用,也對其自身任務(wù)的精準(zhǔn)執(zhí)行提出了更高的要求。在航天核心技術(shù)中,小推力推進(jìn)技術(shù)對于飛行器的精確、穩(wěn)定控制起到了十分重要的作用。目前,小推力推進(jìn)技術(shù)主要包括:電推進(jìn),束能推進(jìn),太陽帆推進(jìn),微型推進(jìn)。其中,由于太陽帆推進(jìn)技術(shù)不需要消耗任何工質(zhì),因此,可以明顯降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。本文針對太陽帆推進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究,主要包括以下幾個(gè)研究內(nèi)容:①建立了太陽帆衛(wèi)星聯(lián)合仿真模型。介紹了專業(yè)軟件—System Tool Kit(STK)的基本功能,構(gòu)建了基于STK的太陽帆衛(wèi)星模型,設(shè)計(jì)了STK-MATLAB聯(lián)合仿真機(jī)制。②設(shè)計(jì)了太陽帆衛(wèi)星變軌控制方案。給出了太陽帆模型、光壓推力模型以及太陽同步懸浮軌道的定義,設(shè)計(jì)了太陽帆衛(wèi)星變軌控制方案,分別在MATLAB和STK上進(jìn)行了仿真分析。③提出了混合小推力作用下的軌道機(jī)動最優(yōu)控制方法。介紹了混合小推力的基本知識,給出了太陽帆衛(wèi)星的攝動方程,在電推進(jìn)小推力最優(yōu)控制基礎(chǔ)上,利用混合小推力策略,通過增加太陽帆推進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。分別在MATLAB和STK上進(jìn)行了仿真分析。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:通過控制帆面姿態(tài)將太陽帆衛(wèi)星推向太陽同步懸浮軌道,同時(shí)計(jì)算了太陽帆衛(wèi)星所能保持的最大懸浮高度;分析了混合推進(jìn)技術(shù)在衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道中的動態(tài)特性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.9;V448.2;V411.8
【圖文】：

１．３．１太陽光壓模型逡逑由于帆衛(wèi)星距離太陽的距離比較遠(yuǎn)，所以一般研究光壓力對帆面的推力問題逡逑時(shí)，都假設(shè)太陽光為平行光子流入射，如圖１．１所示。逡逑光子流逡逑／邐＼太陽帆面逡逑＾帆面法線逡逑圖１．１太陽光子流入射示意圖逡逑圖中，光子流入射方向與帆面的法向夾角ａ為太陽光壓力入射角。太陽光壓力是逡逑由于太陽光子撞擊在太陽帆表面所產(chǎn)生的。逡逑在光子撞擊的過程中，太陽光子流除了一部分被帆面反射回去外，還有一部逡逑分被吸收，另外一部分穿透太陽帆而過，如圖１．２所示。在圖１．２中ａ為光子被逡逑吸收情況，ｂ為光子穿透帆面，ｃ為光子鏡面反射，ｄ為光子發(fā)生漫反射。逡逑實(shí)際的問題分析過程中，一般假設(shè)太陽帆航天器具有良好的密封性能。則可逡逑以假設(shè)光子的穿透系數(shù)＆＝0。上式中光子在反射過程中包括鏡面反射和漫反射。逡逑由圖１．１、１．２可以得⑴：逡逑Ｐａ＋Ｐｒ＋Ｐｐ＾邐（１．１）逡逑Ｐｒ＝Ｐｓ＋Ｐｊ邐（１－２）逡逑式中：■、／Ｖ、分別為光子的吸收系數(shù)，反射系數(shù)，穿透系數(shù)；Ａ、分逡逑別為太陽光子的鏡面反射和漫反射系數(shù)。鏡面反射光子的反射角等于入射角，漫逡逑反射是各向同性的。在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度等于這個(gè)面垂直方向上發(fā)光強(qiáng)度與逡逑帆面法向的矢量積

圖１．２太陽光子撞擊帆面情況逡逑１．３．２太陽帆懸浮軌道簡介逡逑圖１．３和１．４分別為日心懸浮軌道和地心懸浮軌道Ｍ。圖１．３由于太陽帆距逡逑離其他行星的距離非常遠(yuǎn)，只考慮太陽的引力，所以可以假設(shè)太陽帆衛(wèi)星只受到逡逑太陽的引力和太陽光壓力作用，則可以通過調(diào)整太陽帆姿態(tài)角改變帆衛(wèi)星的軌道逡逑高度ｈ，進(jìn)而得到太陽帆的軌道半徑ｐ。圖１．４為太陽帆懸浮在地心軌道上，當(dāng)逡逑不考慮其他攝動力的影響，只考慮太陽引力、地球引力以及太陽光壓力作用時(shí)，逡逑衛(wèi)星懸浮在地心軌道上，本文在第２章分析的太陽同步懸浮軌道就是這種情況，逡逑１０逡逑

圖１．３日心懸浮軟道逡逑

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本文編號：2746270