空间系绳系统安全性研究综述

系绳技术在空间探测与航天技术领域相较于现有空间技术具有很大优势,随着空间系绳技术的快速发展,其安全性越来越得到关注。首先从理论研究及空间试验两方面对系绳系统安全性的研究现状进行了总结,分析了空间试验的失败原因。其次,详细描述了影响系绳系统安全性的几个因素——空间环境、系绳材料、编制结构、涂层材料及释放机构的设计。最后提出了提升系绳系统安全性的方法,并对系绳系统安全性的研究热点及发展趋势进行了预测。

基于空间系绳系统辅助返回的再入条件计算分析

主要针对空间系绳系统辅助返回的大气层再入条件进行了计算及相关影响因素的分析。首先描述了系绳辅助返回过程,再次建立了系统在轨道坐标系下的动力学模型、舱体回摆模型,给出了再入条件的计算过程。分析了不同轨道高度下绳长、最大偏离角、系绳质量、切断角对再入条件的影响以及满足再入条件下,不同轨道高度下的绳长范围。基于以上分析,给出了再入速度与轨道高度和绳长、最大偏离角与绳长、再入角与最大偏离角和绳长的解析表达式,给出了再入条件与绳长的二阶关系表达式,并进行了验证。该研究为今后利用系绳系统来实现辅助返回的相关参数的选择提供了一定的参考,为空间系绳系统辅助返回技术的研究提供了重要的理论依据。

基于矩阵分解的空间系绳系统不完全反馈控制

针对利用空间系绳系统(STS)进行面内捕获过程中系绳展开后状态保持阶段及捕获完成后系统面内运动抑制等问题,在面内角和面内角速率信号丢失情况下,基于矩阵分解采用不完全状态反馈控制方法,设计出能够抑制系绳展开完成后所出现的非标称行为、捕获后面内摆动的张力控制律,进而使系统回稳。将所设计的控制律与线性二次调节器(LQR)+降维观测器方法对比,在参数不确定的条件下检验该控制律的控制效果。仿真结果表明,所设计的控制律在超调量和调节时间上优于LQR+降维观测器方法,能够有效控制系绳的展开误差及捕获过程所带来的面内扰动。所设计的控制律结构简单,控制效果良好,且设计过程无需参数调整。

空间系绳系统展开控制律参数仿真分析

针对空间系绳系统在太空展开轨迹的控制律动态参数进行了研究。利用拉格朗日方程建立考虑系绳质量的系绳系统数学模型,采用带附加参数的修正张力控制律研究系绳系统的展开。主要对张力控制律的动态参数进行了优化设计,分析了动态参数对系绳系统展开过程中长度、速度、轨迹的影响,并对最优动态参数下的控制律进行适用性仿真分析。结果表明,动态参数的优化能有效改善空间系绳系统展开轨迹和速度,且优化出的动态参数,在一定长度范围内,对空间系绳系统物理展开试验有实际工程运用价值。

空间系绳的安全性设计准则探讨

系绳的安全性设计是成功实施空间系绳试验非常重要的一环。文章首先介绍了空间系绳的发展状况,然后对已有的系绳材料与结构作了详细的介绍与分析,并通过对国外历次空间系绳试验的总结,给出了从安全性角度如何选择系绳的考虑因素。

随机扰动情况下绳系卫星状态保持阶段的最优控制

在考虑系绳弹性的情况下,建立绳系卫星轨道面内运动的动力学模型,并在系统平衡位置线性化,得到绳系子星在随机扰动作用下的稳态保持状态方程.引入基于卡尔曼滤波的状态估计方法和最优状态反馈控制策略,提出了保持系统稳态运行的控制方法,并以YES2空间系绳试验为参考模型设计了稳态保持控制系统.分别在不考虑系绳弹性和考虑系绳弹性的系统模型下进行相应仿真分析,结果表明所提出的控制方法能使系统具有良好的抗干扰性能,系绳控制张力变化平缓且幅值小,提高了系统状态保持阶段的可靠性和安全性.同时系绳刚度系数的减小可使系绳纵向振动加剧,但对横向摆动影响较小,这为选取合适的系绳材料提供了理论参考.