空间系留卫星系统动力学与控制

作为探索空间的新手段,系留卫星系统是一门处在开发中的空间技术。一个尚未解决的问题是该系统的动力学与控制的研究。本文采用状态平面方法研究动力学,并开发了柔线速率控制算法。该算法成功地解决了系留卫星系统的展开、位置保持和回收等三种工作模式的运动稳定性问题与控制问题。在无质量无弹性的柔线的假设下,对该系统的二维和三维运动作了计算机模拟。

系留卫星系统

过去15年中,人们一直在研究用系缆连接两个空间物体的方案,并以此为题目写了许多论文。1983年,美国航宇局(NASA)与意大利国家研究委员会(CNR)的国家空间计划局(PSN)合作,开始从事系留卫星系统(TSS)的方案论证和开发工作。TSS是建在空间运输系统(STS)轨道器上的一种多用途设施,用于部署和回收系留卫星,并使它在轨道上工作。本文叙述正在研制的TSS硬件,提出首次TSS飞行的工作计划,并讨论未来的TSS任务和系留技术的应用。

系留卫星实验失败及原因分析

１９９６年２月２２日，美国哥伦比亚号航天飞机从卡纳维拉尔角发射升空，进行一项重要的实验：从航天飞机上施放一颗意大利研制的系留卫星并进行发电实验。然而，这项实验未获成功，这是继１９９２年８月在美国阿特兰蒂斯号航天飞机上进行首次这类实验遭失败后的又一次挫...

论绳系卫星系统的运动中心

讨论了稳定状态下绳系系统运动中心及相关的力学与应用问题。绳系系统运动中心与系统质心不重合。确定了运动中心在系绳上的位置，并从运动中心概念出发，导出系绳拉力的表示式，阐述了系绳拉力偏差对摆动频率计算的影响。

一组新的绳系卫星系统广义坐标

应用一组新的六维广义坐标，在一个统一的力学系统中，研究在外摄动力（地球非球形引力与大气阻力等）及系绳拉力的作用下，绳系系统质心在惯性空间的轨道运动，以及该系统相对于质心的相对运动。系绳模拟为具有质量的弹性连续体，系绳两端的空间飞行器假设为点质量。下列变量取为力学系统的广义坐标：系统质心的向径、赤经、赤纬，主星与子星之间的距离，以及系绳相对于系统质心子午面的两个欧拉角。经典的质心轨道根数，以及系绳在质心轨道面内与轨道面外的摆动角，均可由上述六个广义坐标及其广义速度确定。

绳系卫星系统耦合振动频率的确定

将N(N≥2)体绳系卫星系统的各节系绳分为足够多的小段,如共有M-1段,每小段上的系绳张力可认为是常量。这样由N 体问题转化来的M 点问题即可逼真系绳张力沿系绳的变化。利用中间连接点的边界条件,M 点边界值问题可简化为等效的两点边界值问题,从而平面内耦合振动频率的求解归化为四阶行列式的求值。由绳系卫星系统运动中心概念推导出的每小段系绳张力的平均值,被用于系统振动频率的求解。并给出一套适合于编制计算程序的求解轨道平面内耦合振动频率的数学表达式,以及一组模拟计算结果。

利用空间系绳的降轨与再入

空间系绳可以将回收容器(试样)带出空间站(实验室),进入地球再入轨道。两段指数型的伸展程序和尽可能大的伸展速率对长度之比,能够激发空间系绳产生较大量值的负平面内摆角速度。该角速度可以缩减用于回收容器再入的空间系绳长度或改进再入特性。

未来空间站系统中的空间系绳

在未来空间站系统中，空间系绳将起重要而独特的作用。系绳技术是发展空间运输、空间研究与空间应用的一项关键技术。

前景广阔的空间系缆系统

1976年,意大利科学家科隆布预见到重力梯度卫星系统会具有广泛的用途,首先提出了研制空间系缆系统的建议。根据他的建议,美国航宇局与意大利国家空间计划局合作,于1983年开始研制系留卫星系统(TSS)(系留卫星系统的设计与结构情况见本刊1988年第3期)。 空间系缆系统的工作原理是,由系缆连接的两个物体以系缆系统重心的角速度推入轨道。上面一个物体的速度比它不用系缆在同一高度运行时的速度大,该物体承受大于重力的向心力。

空间活动大事记(1992年9月)

1日据调查,美国亚特兰蒂斯号航天飞机施放意大利系留卫星没有成功的原因是绕绳绞盘出了故障。飞行前,在对航天飞机绕绳绞盘装置做最后一次检查中,地面人员给其加装了一个1/4英寸直径的锁紧螺栓。很明显,是这个螺栓卡住了绕绳绞盘。调查人员发现它有破裂迹象。这个位于施放架末端的“尺度索绕绳装置”曾在绳长179米和265米处两次被卡住。 3日美国麦哲伦号金星探测器开始对金星进行第三次雷达测绘工作,此次测绘将持续到本月13日,届时,金星被测绘过的表面将达99％。