隨著人類航天活動(dòng)的逐年增加,空間失效目標(biāo)及太空垃圾所造成的軌道資源占用以及對(duì)正常服役航天器的威脅愈發(fā)嚴(yán)重。考慮到軌道資源特別是近地軌道資源的有限性,應(yīng)采取措施對(duì)失效目標(biāo)和太空垃圾等進(jìn)行有效清理。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外針對(duì)合作目標(biāo),采用星載空間機(jī)械臂等手段實(shí)現(xiàn)在軌捕獲、接管、維修失效航天器等已基本成熟,而針對(duì)非合作目標(biāo)的捕獲問(wèn)題正逐漸成為研究熱點(diǎn)。因此,本文基于裝載有空間機(jī)械臂的服務(wù)航天器,對(duì)帶有自旋特性的空間非合作目標(biāo)抓捕過(guò)程中的質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)、服務(wù)航天器姿態(tài)避障的在線最優(yōu)控制以及捕獲策略等問(wèn)題開(kāi)展研究。首先,針對(duì)漂浮基座的空間柔性機(jī)械臂系統(tǒng),建立運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。建立柔性關(guān)節(jié)的線性扭簧模型,并根據(jù)Lagrange方程,推導(dǎo)了包含柔性關(guān)節(jié)的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型;基于振動(dòng)模態(tài)方法推導(dǎo)了包含柔性臂桿的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了包含柔性關(guān)節(jié)和柔性臂桿的空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型。其次,針對(duì)非合作目標(biāo)的質(zhì)量特性參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題,提出一種基于非接觸激勵(lì)方法的辨識(shí)策略。利用空間機(jī)械臂向非合作目標(biāo)彈射出已知質(zhì)量和速度的激勵(lì)質(zhì)量并與非合作目標(biāo)牢靠粘附,改變非合作目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)觀測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：128 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

地球軌道空間碎片分布

第1章緒論-5-圖1-4FREND/SUMO計(jì)劃Fig.1-4FREND/SUMOProject（3）美國(guó)鳳凰計(jì)劃[10]-[12]：鳳凰計(jì)劃（PhoenixProjiect）由美國(guó)DARPA于2011年發(fā)起，該計(jì)劃旨在回收地球同步軌道衛(wèi)星，并對(duì)失效零部件進(jìn)行修復(fù)或更換，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的重生。抓捕機(jī)械臂長(zhǎng)度為2m，自重約為80kg，為7自由度冗余結(jié)構(gòu)，能較好地適應(yīng)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中處于避障等原因而需要實(shí)行路徑變更的需求；該計(jì)劃配備的機(jī)械臂末端最大運(yùn)行速度可達(dá)0.15m/s，角度和位置控制精度也極高，分別為53.510rad和0.001m/s，可滿足在軌服務(wù)任務(wù)中的各種精細(xì)化操作。圖1-4“鳳凰計(jì)劃”服衛(wèi)星Fig.1-4SercicesatelliteofPhoenixProject（4）工程試驗(yàn)衛(wèi)星-7(ETS-VII)計(jì)劃[13]-[17]：ETS-VII項(xiàng)目包含有兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星，借助星載機(jī)械臂完成兩星間的輔助對(duì)接、分離等試驗(yàn)，同時(shí)，星載機(jī)械臂還可完成對(duì)來(lái)訪目標(biāo)的抓取與捕獲，具有良好的在軌服務(wù)特性，可適用于多種在軌試驗(yàn)驗(yàn)證任務(wù)的展開(kāi)。交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)過(guò)程中，目標(biāo)航天器從服務(wù)航天器

第1章緒論-8-1.2.2伸縮桿式捕獲機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀利用伸縮桿式捕獲機(jī)構(gòu)對(duì)非合作航天器抓捕，是指對(duì)目標(biāo)完成捕獲后，抓捕機(jī)構(gòu)自身可利用伸縮功能完成目標(biāo)的鎖定。此類抓捕機(jī)構(gòu)的抓捕位置主要是發(fā)動(dòng)機(jī)噴管。較為典型的伸縮桿式捕獲方案對(duì)應(yīng)的研究案例如下：（1）CX-OLEV[27]-[28]：德國(guó)宇航中心(DLR)與軌道修復(fù)公司(OrbitalRecoveryCorp)合作研制，旨在通過(guò)伸縮桿式不過(guò)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)航天器的捕獲，并對(duì)其進(jìn)行修復(fù)、燃料補(bǔ)加等，延長(zhǎng)航天器的在軌運(yùn)行壽命，節(jié)約研制成本。圖1-9CX-OLEV發(fā)動(dòng)機(jī)噴管對(duì)接工具Fig.1-9EnginetailpipedockingtoolofCX-OLEV（2）SMART-OLEV[29]：歐洲軌道衛(wèi)星服務(wù)公司(OSSL)基于歐空局的Smart-1衛(wèi)星平臺(tái)而開(kāi)發(fā)的SMART-OLEV系統(tǒng)，該項(xiàng)目的服務(wù)對(duì)象為GEO衛(wèi)星，通過(guò)在軌捕獲及燃料補(bǔ)加等操作為通信衛(wèi)星延長(zhǎng)在軌使用壽命。圖1-10SMART-OLEV與目標(biāo)星的對(duì)接示意圖Fig.1-10SMART-OLEVandtargetspacecraft（3）MEV系統(tǒng)[30]-[31]：該項(xiàng)目由美國(guó)空間有限責(zé)任公司和ATK公司聯(lián)合主導(dǎo)，服務(wù)目標(biāo)同樣為靜止軌道衛(wèi)星，目的與（1）和（2）類似，降低研制成

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]黏附激勵(lì)下空間目標(biāo)慣性參數(shù)的辨識(shí)方法[J]. 馬衛(wèi)華,袁大鐘,孟思洋,羅建軍.  宇航學(xué)報(bào). 2019(10)
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[6]機(jī)器人靈巧手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及仿真[J]. 靳果,韓星,韓楓.  電子設(shè)計(jì)工程. 2015(01)
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[10]欠驅(qū)動(dòng)航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)的姿軌耦合控制[J]. 吳錦杰,劉昆,韓大鵬,張峰.  控制與決策. 2014(06)

博士論文
[1]衛(wèi)星噴管對(duì)接裝置及捕獲策略研究[D]. 張禹.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]空間柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模分析及在軌抓捕控制[D]. 潘冬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]敏捷衛(wèi)星推掃模式姿態(tài)規(guī)劃與控制方法研究[D]. 蘇中華.哈爾濱工程大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3216546