復(fù)雜太空環(huán)境下柔性繩系衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)與控制.pdf

1、繩系衛(wèi)星是人類認(rèn)知太空的一種新型飛行器，在空間科學(xué)、深空探測(cè)等領(lǐng)域具有重要價(jià)值，受到人們的廣泛關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的日趨進(jìn)步與成熟，西方國(guó)家正爭(zhēng)相對(duì)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的理論、地面實(shí)驗(yàn)及在軌飛行進(jìn)行深入研究。眾所周知，繩系衛(wèi)星系繩的柔性、太空環(huán)境的復(fù)雜性及相應(yīng)的控制理論等都是當(dāng)前繩系衛(wèi)星研究的難點(diǎn)，對(duì)這些問題的研究與解決顯得十分迫切。本文主要內(nèi)容如下：
　　 首先，通過將柔性系繩離散為一系列繩結(jié)點(diǎn)，在繩結(jié)點(diǎn)進(jìn)/出衛(wèi)星體時(shí)考慮系統(tǒng)自由度變化

2、，建立了時(shí)變自由度繩系衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型。模型充分考慮了系繩的柔性、粘彈性、“火箭項(xiàng)”、耗散作用以及系繩與衛(wèi)星本體間摩擦、沖擊對(duì)Kepler軌道的影響，很好地揭示了繩系衛(wèi)星運(yùn)行過程中系繩構(gòu)形的變化規(guī)律。
　　 然后，提出一套改進(jìn)的有限差分方法來計(jì)算時(shí)變多自由度系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。算法的核心思想是在每一次迭代循環(huán)中對(duì)系統(tǒng)自由度變化與否進(jìn)行判定，一旦自由度發(fā)生變化，則通過重新劃分系繩單元，添加(或刪除)相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的信息，重置系統(tǒng)質(zhì)量、阻尼和

3、剛度矩陣及位移和荷載向量，使得迭代計(jì)算可以繼續(xù)進(jìn)行直至得出最終響應(yīng)結(jié)果。此算法略去了多余的結(jié)點(diǎn)計(jì)算，提高了計(jì)算效率，可推廣至一維連續(xù)體系統(tǒng)釋放/回收過程的動(dòng)力學(xué)研究中。
　　 隨后，研究了各種真實(shí)太空環(huán)境攝動(dòng)因素對(duì)復(fù)雜繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)影響。數(shù)值結(jié)果表明，熱效應(yīng)與太空碎片撞擊對(duì)系統(tǒng)作用十分顯著；J2攝動(dòng)與大氣阻力對(duì)繩系衛(wèi)星的影響取決于繩系衛(wèi)星系統(tǒng)所處的軌道傾角與高度；隨Kepler軌道偏心率的變化，繩系衛(wèi)星系統(tǒng)將發(fā)生分岔，出現(xiàn)