超轻充气自维型增阻球设计与分析

发布时间：2020-05-28 04:42

【摘要】：为了预防和清除空间碎片,本文开展了超轻充气自维型增阻球离轨技术研究。针对近地轨道迫切的离轨需求,提出了全向增阻、依靠充气展开、离轨效率高、可自我维持阻力面积的充气增阻球离轨装置设计方案。针对近地轨道大气摄动环境,建立了近地轨道空间碎片离轨的计算模型,得到影响离轨时间的主要因素。通过近地轨道空间碎片高精度轨道预报仿真分析,研究了空间碎片的离轨时间与轨道高度、空间碎片面质比以及开始离轨日期之间的关系。并通过分析增阻球在极限高度下所受的最大大气阻力,为下文的充气增阻球设计提供参考。充气增阻球离轨装置的核心是可在近地轨道空间环境长期使用的超薄薄膜球体,依靠球型结构来提供全向阻力。通过对比分析了近地轨道空间环境对各种备选薄膜材料的影响,从而选择最合适的球体薄膜材料。设计了增阻球体分瓣结构。提出了标准模块化的折叠方案,通过实验得到了折叠方案的折叠效率并制作了增阻球标准模块折叠样机。提出了三种增阻球受控展开方案设计。通过在封闭实验箱内的展开实验,验证了增阻球折叠方案的易展开性和展开稳定性,为增阻球离轨装置的功能实现提供保证。增阻球在长期离轨过程中不能依靠气体维持形状。根据得到的增阻球在极限高度下的大气摄动阻力,对增阻球在近地轨道的受力情况进行分析,得到其维持球体形状的安全系数。结合增阻球体结构特点和折叠方案,设计了接缝增强和局部非连续增强两种自维型增强方案来对球体结构进行增强。并通过微压缩实验和有限元仿真分析得到了自维型增强方案的增强效果.增强了充气增阻球离轨装置在近地轨道长期离轨过程中的阻力面积维持能力,有效地支持了充气增阻球离轨功能的实现。超轻充气自维型增阻球离轨装置可提供全向增阻能力,不消耗卫星燃料,结构简单,质量轻体积小,离轨效率高,对于近地轨道空间碎片的预防和清除提供了新的技术手段,具有广阔的应用前景。
【图文】：

五年来数量急剧增加，如图 1-1 所示。监测结果表明空间常庞大，对空间安全的危害已经发展到严峻的程度，其中位于 2000km 以下的近地轨道[3-4]。当空间碎片的数量达到空间碎片碰撞几率会增大，发生碰撞时甚至有可能发生连资源也会逐渐成为废墟[5-7]。21 世纪国际关于应对空间碎也陆续出台[8]。

绳系离轨装置
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V528

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本文编号：2684727