非合作目标空间交会近程导引方法研究

发布时间：2020-04-30 14:56

【摘要】：人类社会进入到21世纪以来,现代工业科学技术日新月异。随着航天工业科学技术的不断发展和进步,空间航天活动日益频繁,给人类社会生活、国防军事和国家利益带来了巨大影响。同时,太空空间资源的争夺趋势愈演愈烈,空间安全和利益长期以来是世界各国关注的重点和焦点。如何能够有效保障空间航天器安全,在未来空间攻防对抗中提高自身的打击和防御能力,这将是未来航天科学技术发展的重要方向之一。本文将空间航天器交会对接作为研究背景,分析总结了国内外相关领域研究的现状以及本文研究的价值和意义。从航天任务入手,对航天器的空间交会、交会对接流程和近程导引进行了说明,针对近程导引阶段导引的任务、对象和要求,设计出非合作目标航天器空间交会近程导引阶段的追踪航天器控制系统整体结构并对各个模块功能进行说明。针对目标航天器与追踪航天器之间的相对运动进行分析。一方面根据航天器动力学理论分析交会对接过程中航天器的相对运动,进行坐标系的确立与转换、给出动力学方程,建立航天器空间交会近程导引的数学模型。另一方面,定义了空间二体问题和轨道要素,并在此基础上推导了航天器飞行轨道的计算公式和方法步骤,从而完成航天器初始轨道的确定和预报。在一定假设条件下,对两航天器运动数学模型进行线性化处理,推导了近距离近圆轨道下的两航天器相对运动方程即C-W方程,给出非摄动影响下相对运动方程推导的一般方法步骤,并基于C-W方程对两航天器在轨道平面的相对运动进行分析说明。从能量的角度,利用现代控制系统理论,推导了两航天器相对运动状态空间表达形式,并由此进一步推导出追踪航天器近程导引的导引律和基于C-W方程的脉冲导引模型。在上文研究的基础上,主要进行非合作目标近程导引算法推导优化与轨道机动策略研究。首先分析了非合作目标的非合作性和近程导引阶段导引任务的特点,然后根据非合作目标空间交会近程导引轨道机动的约束条件,对近程导引算法和轨道机动策略进行推导优化,最后进行多脉冲最优轨道控制求解并利用仿真软件进行仿真测试和对比分析。
【图文】：

礼炮,空间站,非合作目标,八九十年代

美国向太空发射了名为“天空实验室”的空间站，这也是美国第一个空空间站。为了保障“天空实验室”的正常运转美国先后发射了 3 艘其进行交会对接。继“阿波罗”计划之后，，在 1973 至 1983 年期间，年的时间实施了航天飞机计划。这一计划的成功实施代表了航天技，其功能强大，能够完成卫星发射、卫星捕获、在轨维修、空间组[13]。同时在阿波罗和天空实验室的经验成果上，对不同飞行任务提控制方案。苏联/俄罗斯主要发展了“礼炮”系列空间站（图 1-1）、“和国际空间站。1962 年 8 月 12 日，苏联宇航员波波维奇驾驶的“东前一天尼古拉耶夫驾驶的“东方 3 号”飞船进行了交会，两人距离最距 6.5km，这也是人类历史上第一次太空编队飞行。1967 年 10 月，”和“宇宙 188 号”非载人式试验飞船进行了世界上第一次无人航天器。“宇宙 188 号”进入预定轨道后通过轨道机动进入到距离“宇宙 186内，然后由“宇宙 186 号”对“宇宙 188 号”进行主动追踪，最后采用针统，完成两试验飞船的自动交会对接，全过程用时 62 分钟。几个月之号”和“宇宙 213 号”也成功完成了交会对接任务。

航天器

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文以此用来寻找生命起源的线索和发现太阳系形成的原因。深度撞击计划“DeepImpact”在军事方面的价值在于验证了未来可能发生的空间航天器攻防对抗中拦截敌对航天器的相关技术，这次撞击任务仿佛是在精确的时间与固定的地点，发射一颗子弹准确地击中了另外的一颗子弹[17]。试验卫星计划（XSS）是由美国空军实验室与波音公司联合开展实施的。目的是验证运用微小航天器对在轨目标航天器进行拦截、维护与维修能力。试验卫星计划（XSS）在对非合作目标航天器精确在轨拦截、快速响应的在轨离轨服务和低成本的在轨维修维护三个方面取得了良好的预期效果。XSS-10 与 XSS-11（图 1-2，1-3）是试验卫星计划（XSS）的两个低成本微小型航天器，用于验证航天器空间临近操作技术，其主要技术指标包括自主交会能力、实时下传数据信息能力、在轨维护维修能力、不依赖目标的导航设备或对接机构（自主能力）和快速应急机动能力，这充分说明了它们能够用于接近、跟踪、监测、成像，在轨拦截、捕获等空间航天器攻防对抗的军事目的，尽管美国一再宣称试验卫星计划（XSS）只用于废弃航天器，但其军用价值明显[18]。
【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】：2018
【分类号】：V526

【参考文献】