旋转三角形绳系卫星编队系统动态稳定性分析

本文研究了平动点附近的旋转三角形绳系卫星编队系统的动态稳定性问题。为了便于分析,假设系绳始终保持张紧状态,且不计系绳的质量。为了建立更加符合实际的数学模型,考虑了姿态运动和轨道运动的相互影响,即姿轨耦合,并在此基础上推导出了考虑姿轨耦合的非线性动力学方程。最后用数值方法模拟了在不同的旋转速度情况下系统的动态稳定性,模拟结果表明旋转速率越大系统稳定性越好.

绳系微小卫星的旋转编队飞行

针对三星编队飞行问题,提出一种绳系控制方法,在自旋刚体卫星的平衡分析的基础上,建立了Thomson和Likins-Pringle平衡构形的绳系三星编队模型,通过对编队系统的稳定性分析得到了两种构形下的稳定条件,并给出了三种控制策略用以解决Likins-Pringle构形不能满足平衡条件的问题。最后经过仿真验证了理论分析的正确性,并对三种控制策略进行了检验,结果表明Thomson构形无须辅助手段,在满足特定条件下可以稳定运行,Likins-Pringle构形采用弹簧系统和喷气辅助绳系控制时满足特定条件也可以稳定运行。

辐射开环空间绳系机器人编队自旋转速最优控制

辐射开环空间绳系机器人(tethered space robot,TSR)编队是一种新型的空间绳系编队系统,其在构型稳定性、任务灵活性以及燃料消耗方面具有明显的优势。研究了辐射开环TSR编队自旋转速最优控制问题。首先建立了辐射开环TSR编队的自旋动力学模型;然后对编队自旋转速控制问题以及hp-自适应伪谱法求解最优控制问题的基本原理进行了描述,并设计了基于hp-自适应伪谱法的编队自旋转速闭环最优控制系统;最后通过仿真算例对设计的闭环最优控制系统进行验证和分析。

绳系卫星编队动力学及控制研究进展

对空间绳系卫星编队构形进行了分类,阐述了编队构形的稳定性特征.对系统自旋运动、系绳振动及L2平动点附近周期运动进行分析,指出系统展开/回收过程、卫星刚体姿态的动力学行为及控制方法.最后,对绳系卫星编队系统的研究及发展进行概括和总结.

三体绳系卫星面内编队飞行的回收控制

绳系卫星编队飞行根据构形的不同可分为三种类型:轴-辐型(Hub-and-Spoke),闭轴-辐型(Closed-Hub-and-Spoke)和串型(Series Configuration)。研究了面内轴-辐型三体绳系卫星编队飞行时的最优回收控制问题。通过伪线性化和Legendre伪谱算法,将绳系卫星编队系统的非线性最优控制转化为一组线性方程的迭代求解问题。针对不同回收初值及回收初值受扰情况,计算了绳系卫星编队飞行的最优控制张力和飞行轨迹。

面向编队卫星的空间系绳在轨服务

针对编队卫星的在轨服务任务,提出一种基于绳系卫星系统的服务方案。该系统由质量较小的服务航天器和质量较大的燃料站通过系绳连接构成,以被服务编队卫星参考中心为原点建立坐标系与相对动力学模型。基于伪谱法研究了综合考虑系绳的状态与控制约束的绳系多星服务最优控制策略。以空间圆构型的编队卫星为例,分别分析了绳系卫星系统和单卫星平台服务3/4/5颗编队卫星的推进剂消耗,并讨论了绳系系统的优势与不足。仿真结果表明,绳系服务比单卫星平台的方式节省推进剂,而且服务目标数越多时优势越明显。

基于平动点轨道的绳系卫星编队重构仿真

针对位于日地系统共线平动点附近三维周期轨道上的旋转绳系卫星编队,利用数值仿真研究其重构阶段的动力学稳定性问题。编队系统为一个母卫星和n个子卫星通过长度可变系绳连接的轮辐状结构,基于Hill限制性三体问题建立姿态与轨道耦合的动力学模型,分别针对留位以及包含展开和回收的编队重构阶段,利用非线性数值仿真研究其姿态稳定性。研究表明系统留位姿态稳定,展开不稳定,回收稳定,较小的母卫星轨道高度及绳长变化速度更有利于姿态稳定。

日地系统L_2点Halo轨道绳系卫星编队动力学

研究平动点附近周期轨道上旋转多体绳系卫星编队系统的非线性耦合动力学问题。编队系统为各卫星质量接近的轮辐状结构,位于日地系统第二平动点附近,整个系统的旋转保持系绳处于张紧状态,建立Hill限制性三体问题的绳系编队系统动力学模型。针对处于留位阶段的典型对称三星编队,在位于较大Halo轨道上无控制力作用的情况下,进行母卫星轨道运动与系绳摆动耦合运动的动力学模拟,分析轨道方向、卫星质量比、系绳长度以及初始旋转速度对编队系统整体稳定性的影响。

绳系卫星部署阶段的动力学分析

绳系卫星系统部署阶段末时刻状态决定着其编队飞行的初始状态,为了研究不同因素对绳系卫星系统部署阶段运动的影响,建立了一种简单的平面哑铃模型,将系绳视作有阻尼的弹簧,两个卫星视作刚体,考虑重力梯度力矩。通过仿真,发现系绳释放的速度和副星推力是影响绳系卫星系统部署阶段稳定性的主要因素。

辐射开环绳系卫星编队自旋展开动力学与控制策略

提出了圆轨道辐射开环绳系卫星编队的展开控制策略。首先采用拉格朗日方程建立了辐射开环绳系卫星编队的展开动力学模型,分析了主星姿态与绳长在展开过程的动力学耦合关系;随后以建立的动力学模型为基础,分别研究了编队在重力梯度力补偿和无补偿两种情况下的自旋展开控制策略,通过规划绳系释放速度、主星自旋角速度等变量,实现了绳系编队的有效展开;最后搭建了编队自旋展开的动力学模型,通过数值仿真对所提出的展开策略进行验证,仿真结果表明:在重力梯度力矩补偿和无补偿的情况下,所提出的展开控制策略能够保证编队稳定展开。