針對空間繩網(wǎng)系統(tǒng)捕獲空間碎片后,在軌道轉(zhuǎn)移過程中的精確控制問題,提出一種使用常值拉力將空間碎片拖曳至墳?zāi)管壍赖姆椒�。首�?采用牛頓歐拉法建立繩系組合體動力學(xué)模型;其次,通過李雅普諾夫方法證明僅使用恒張力即可實現(xiàn)拖曳過程的穩(wěn)定控制;再次,提出采用常值拉力切換控制律抑制空間碎片的姿態(tài)章動,采用基于相平面控制原理的控制律抑制繩系組合體面內(nèi)面外擺動,規(guī)避在軌道轉(zhuǎn)移過程中系繩松弛造成纏繞、系繩張力過大造成斷裂或兩星接近發(fā)生碰撞等風(fēng)險。最后,通過拖曳離軌全過程仿真分析,校驗了所提出控制方法的有效性。 

【文章來源】：宇航學(xué)報. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

繩系拖曳系統(tǒng)組成與連接關(guān)系

為了對恒定張力條件下的繩系拖曳系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,采用圖2所示的簡化繩系拖曳系統(tǒng)模型。將拖船航天器視為質(zhì)量為m1的質(zhì)點,將失效航天器視為質(zhì)量為m2、轉(zhuǎn)動慣量為Jx,Jy和Jz的剛體。系繩分別連接在碎片剛體質(zhì)心和拖船航天器質(zhì)點上,其質(zhì)量可以忽略。定義當(dāng)?shù)劂U錘水平坐標(biāo)系C0X0Y0Z0:原點取為系統(tǒng)質(zhì)心C0,X0軸從地心鉛錘指向上,Y0軸在軌道平面內(nèi)垂直于X0軸并指向系統(tǒng)的前進(jìn)方向,Z0軸由右手法則定義。為描述碎片的姿態(tài),定義原點在碎片質(zhì)心、坐標(biāo)軸為碎片剛體慣性主軸的體固坐標(biāo)系C2X2Y2Z2。定義系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)如下:從當(dāng)?shù)劂U錘方向到X2軸的夾角為θ(順時針為正);從當(dāng)?shù)厮椒较虻剿槠屯洗|(zhì)心連線的夾角為γ(順時針為正);碎片和拖船的質(zhì)心距為l。系繩張力Ft為常值,系統(tǒng)的運(yùn)動在軌道平面內(nèi),質(zhì)心的運(yùn)動軌跡為圓軌道,利用拉格朗日方程可以得到空間碎片繩系拖曳系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程[13]如下:

考慮到目標(biāo)為失效航天器且被飛網(wǎng)包裹時自旋情況不確定,認(rèn)為其可能有一定角度的章動。為保證拖曳過程中不會發(fā)生系繩纏繞等風(fēng)險,在對目標(biāo)進(jìn)行拖曳離軌前,應(yīng)當(dāng)對目標(biāo)的章動角進(jìn)行抑制,減弱拖曳過程中目標(biāo)的章動對系統(tǒng)的影響。其姿態(tài)章動幅度大小可通過兩星連線與自旋軸間夾角體現(xiàn),故可通過抑制兩星連線與目標(biāo)自旋軸的夾角對目標(biāo)姿態(tài)進(jìn)行章動抑制。在拖曳過程中,當(dāng)拖船航天器質(zhì)心、網(wǎng)端繩結(jié)、目標(biāo)質(zhì)心三者共線情況下,系繩張力對目標(biāo)姿態(tài)不會產(chǎn)生影響,此時兩星連線與目標(biāo)本體自旋軸的夾角ξb為控制平衡位置,如圖3所示。由于失效航天器姿態(tài)存在章動,故在拖曳過程中兩星連線與目標(biāo)自旋軸的夾角以ξb為中心擺動。章動抑制的目的就是將兩星連線與目標(biāo)自旋軸的夾角ξ控制在一定范圍內(nèi),由此設(shè)計章動抑制常值切換張力控制律為:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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