基于电磁理论的失效卫星消旋策略研究

发布时间：2020-05-19 08:04

【摘要】：卫星在轨服务与维修工作在世界范围内受到越来越多的关注,在该研究领域内也取得了巨大的进展。保证卫星在轨服务与维修过程中的安全性是一个难题。为了保证安全性,需要消旋作为在轨服务与维修的前置工作。本文针对失效卫星存在高速自旋和章动的运动特点,基于电磁消旋方法建立卫星在消旋过程中的动力学模型,对卫星在消旋过程中的姿态变化进行分析,验证,提出针对扁粗体与细长体特征卫星的不同消旋力施加方法,并对整个卫星消旋策略进行规划,仿真试验表明文中所提及的消旋策略的有效性。本文首先对当前国内外卫星消旋方法进行分析,基于卫星的动力学欧拉方程,探讨了一种消旋过程中在卫星本体固联坐标系下准确灵活地分析卫星姿态变化的方法。同时为了更好的探究消旋力对卫星的姿态影响,以一种典型的力施加方法,跟踪式消旋方法为例,研究该种消旋力施加方式对卫星章动角的影响,并通过理论分析、仿真实验来探究在这种消旋方法影响下卫星的姿态变化,并分析产生这种变化的原因。其次,探讨了一种能够在保证章动角稳定的前提下,消除细长体卫星动量的方法。首先基于跟踪式消旋方法产生该种姿态变化的分析结果,为了保持在消旋过程中细长体卫星的章动角保持相对稳定,对跟踪式消旋的力施加方式进行优化,得到跟踪式优化消旋方法。并对其进行仿真实验以验证其消旋效果。并通过研究其章动角表达式,确定了跟踪式优化消旋方法的使用条件,分析了这种消旋方法在实施过程中对细长体卫星章动角的影响特点。然后分析了非跟踪式消旋方法对扁粗体卫星的消旋作用效果。为了找到不满足跟踪式优化消旋方法使用条件的其他卫星的消旋方法,对非跟踪式消旋方法进行消旋过程姿态变化的理论研究与仿真实验,并确定该种方法的使用条件。最后,制定了扁粗体与细长体在整个消旋流程中的消旋力施加策略,对消旋流程进行了规划。使用在本文中经过改进的模拟退火算法优化章动角的上下限,以达到最短消旋时间、最少模式切换次数的优化目标,以达到预期消旋效果的目的,并对扁粗体与细长体的消旋方案进行整个过程的仿真实验,验证优化结果的有效性。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的国内外研究现状及分析内外研究现状世界上一些研究机构在进行空间目标的消旋研究，并正在筹备提出的方法主要有羽流冲击法、电磁涡流制动法、激光烧蚀法法、悠悠球法等。冲击法是由 ThomasVPeters 和 Diego EscorialOlmos 提出的[1用来自服务卫星的推进器排气与目标物体之间的相互作用来冲击模型来对服务卫星推进器排出的气体与目标物体之间的，，通过研究气体的喷出模型以及碰撞、弹射模型，考虑消旋目素来进行消旋。理论上消旋速率最高可以达到 1.5°/s。

着物等因素来进行消旋。理论上消旋速率最高可以达到 1.5°/s。图 1-1 羽流冲击示意图Fumihito Sugai[11]和刘晓光[12]进行了有关非接触式电磁消旋方法的研究。电磁消旋方法的原理是涡流制动器在目标处产生出的交变磁场在目标表面激发出涡流，涡流又反过来与磁场源相互作用而产生消旋力。Fumihito Sugai 提出的方法是将磁场源正对旋转卫星的侧面，如图 1-2(a)所示；刘晓光提出的方法是将磁场源正对旋转卫星的端面，如图 1-2(b)所示。
【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】：O441;V467

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本文编号：2670590