电动力绳系统离轨效率分析及空间目标碰撞规避
发布时间：2021-10-16 17:49
随着人类对太空研究的深入,越来越多的国家投入到了航天领域的研究之中,各国的航天活动也日益增加。然而这些航天活动不可避免地会在太空中留下一些无用的碎片残骸。许多在轨航天器在完成既定任务后也未能及时脱离轨道,成为了空间中的废弃航天器。这些空间目标在占用了有限空间资源的同时,还可能与在轨航天器发生碰撞,进而影响航天活动的开展,给未来进一步的航天活动增加了难度及风险。因此,对废弃航天器进行快速离轨成为了航天领域的一个重要研究方向,这将有助于维护空间环境的清洁。近年来,电动力绳离轨方法因其质量低、消耗小、效率高而被视为较为理想的离轨方法,并受到了许多研究人员的关注。但由于该离轨方法尚不成熟,还需进一步的研究,因此目前并未用于实际航天器的离轨。针对电动力绳系统的离轨效率问题,本文首先建立了航天器运动学模型,所受摄动力模型及电动力模型,并介绍了相关参考坐标系,国际参考地磁场模型及国际参考电离层模型。然后,在建立了航天器模型及空间环境模型的基础上,采用仿真的方法,验证了电动力绳系统用于航天器离轨的有效性。考虑到系绳外层是否包裹绝缘材料会影响绳上电流特性,本文针对绝缘系绳和裸露系绳,分别分析了系绳参数及...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国空间监测网站统计的空间目标数量（图片来源于NASA）
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-图1-1美国空间监测网站统计的空间目标数量（图片来源于NASA）图1-2近地轨道空间碎片分布（图片来源于网络）一旦航天器与其他空间目标发生碰撞，不但可能直接导致航天器的失效，同时也会在碰撞过程中产生更多的空间碎片，进一步污染空间环境。例如：2009年2月10日，美国铱卫星公司的“铱33”商用通信卫星与俄罗斯已报废的“宇宙2251”军用通信卫星在西伯利亚上空相撞。此次相撞使铱卫星公司提供的服务受到影响。同时，空间中的碎片数量也因此急剧上升。这一相撞事故产生了将近3000片10厘米以上的空间碎片，大大增加了在轨航天器的安全风险[2]。因此，为了保护空间环境，并为未来的航天活动提供更好的安全保障，世界各国都应努
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-图1-3典型电动力绳系统（图片来源于网络）1.2.2电动力绳试验项目自从上世纪八十年代电动力绳系的概念被提出后，许多国家和机构陆续开展了电动力绳系相关的研究。其中，美国国家航空航天局（NASA）、意大利航天局（ISA）、日本宇航航空开发机构（JAXA）等研究机构先后进行了一些电动力绳在轨试验任务。表1-1为部分典型的电动力绳试验。这些试验，虽然许多并未完全成功，但是初步验证了电子收集与发射装置的性能、系绳展开释放装置的可靠性，验证了电动力绳在磁场中产生的感应电流以及电动力绳用于航天器轨道机动的可行性，为未来更加深入的研究奠定了基矗另一方面，这些试验也暴露了目前电动力绳离轨方式尚不完善之处，有待解决，为未来的研究指明了方向。表1-1部分典型的电动力绳试验[7]-[12]项目名称发射日期研究机构绳系长度主要试验项目CHARGE-21985.12NASA/ISAS500m电子的收集与发射CHARGE-2B1992.5NASA/ISAS500m电子的收集与发射TSS-11992.7NASA/ASI268m（计划20km）系绳的展开释放感应电动势及电流的产生SEDS-11994.5NASA20km系绳的展开释放与控制PMG1993.6NASA500m电流的双向耦合能力SEDS-21993.5NASA20km系绳的展开释放与控制TSS-1R1996.5NASA19.7km（计划20km）电流、电压的响应电动力效率ProSEDS(任务取消)2003.3NASA5km裸线的电子收集效率裸绳的电流产生能力T-Rex2010.3ISAS/JAXA300m空心阴极快速点火HTV62016.12JAXA700m空间碎片移除
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究[J]. 陈川,杨武霖,余谦,李明,龚自正. 宇航学报. 2019(02)
[2]空间碎片监测移除前沿技术与系统发展[J]. 李明,龚自正,刘国青. 科学通报. 2018(25)
[3]IGRF国际地磁参考场模型的计算[J]. 杨梦雨,管雪元,李文胜. 电子测量技术. 2017(06)
[4]空间电动力绳系统理论及实验研究[J]. 余本嵩,文浩,金栋平,陈提. 力学进展. 2016(00)
[5]空间碎片天基主动清除技术发展现状及趋势[J]. 曹喜滨,李峰,张锦绣,Richard Muriel. 国防科技大学学报. 2015(04)
[6]电动力绳系研究进展[J]. 蔡洪,杨育伟,郭才发. 宇航学报. 2014(11)
[7]空间碎片环境现状与主动移除技术[J]. 龚自正,徐坤博,牟永强,曹燕. 航天器环境工程. 2014(02)
[8]非线性相对运动下空间碎片碰撞概率计算的研究[J]. 许晓丽,熊永清. 天文学报. 2011(01)
[9]空间目标碰撞概率计算方法研究[J]. 白显宗,陈磊. 宇航学报. 2008(04)
[10]空间碎片预警中的碰撞概率方法研究[J]. 程陶,刘静,王荣兰,于有成. 空间科学学报. 2006(06)
博士论文
[1]空间目标轨道预报误差与碰撞概率问题研究[D]. 白显宗.国防科学技术大学 2013
[2]电动力绳系离轨系统的建模与动力学分析[D]. 徐大富.哈尔滨工业大学 2010
[3]绳系卫星释放和回收的动力学控制[D]. 文浩.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]高轨航天器近距离交会任务规划研究[D]. 高泽天.哈尔滨工业大学 2018
[2]电动力缆绳离轨特性研究[D]. 刘文佳.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3440240
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国空间监测网站统计的空间目标数量（图片来源于NASA）
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-图1-1美国空间监测网站统计的空间目标数量（图片来源于NASA）图1-2近地轨道空间碎片分布（图片来源于网络）一旦航天器与其他空间目标发生碰撞，不但可能直接导致航天器的失效，同时也会在碰撞过程中产生更多的空间碎片，进一步污染空间环境。例如：2009年2月10日，美国铱卫星公司的“铱33”商用通信卫星与俄罗斯已报废的“宇宙2251”军用通信卫星在西伯利亚上空相撞。此次相撞使铱卫星公司提供的服务受到影响。同时，空间中的碎片数量也因此急剧上升。这一相撞事故产生了将近3000片10厘米以上的空间碎片，大大增加了在轨航天器的安全风险[2]。因此，为了保护空间环境，并为未来的航天活动提供更好的安全保障，世界各国都应努
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-图1-3典型电动力绳系统（图片来源于网络）1.2.2电动力绳试验项目自从上世纪八十年代电动力绳系的概念被提出后，许多国家和机构陆续开展了电动力绳系相关的研究。其中，美国国家航空航天局（NASA）、意大利航天局（ISA）、日本宇航航空开发机构（JAXA）等研究机构先后进行了一些电动力绳在轨试验任务。表1-1为部分典型的电动力绳试验。这些试验，虽然许多并未完全成功，但是初步验证了电子收集与发射装置的性能、系绳展开释放装置的可靠性，验证了电动力绳在磁场中产生的感应电流以及电动力绳用于航天器轨道机动的可行性，为未来更加深入的研究奠定了基矗另一方面，这些试验也暴露了目前电动力绳离轨方式尚不完善之处，有待解决，为未来的研究指明了方向。表1-1部分典型的电动力绳试验[7]-[12]项目名称发射日期研究机构绳系长度主要试验项目CHARGE-21985.12NASA/ISAS500m电子的收集与发射CHARGE-2B1992.5NASA/ISAS500m电子的收集与发射TSS-11992.7NASA/ASI268m（计划20km）系绳的展开释放感应电动势及电流的产生SEDS-11994.5NASA20km系绳的展开释放与控制PMG1993.6NASA500m电流的双向耦合能力SEDS-21993.5NASA20km系绳的展开释放与控制TSS-1R1996.5NASA19.7km（计划20km）电流、电压的响应电动力效率ProSEDS(任务取消)2003.3NASA5km裸线的电子收集效率裸绳的电流产生能力T-Rex2010.3ISAS/JAXA300m空心阴极快速点火HTV62016.12JAXA700m空间碎片移除
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究[J]. 陈川,杨武霖,余谦,李明,龚自正. 宇航学报. 2019(02)
[2]空间碎片监测移除前沿技术与系统发展[J]. 李明,龚自正,刘国青. 科学通报. 2018(25)
[3]IGRF国际地磁参考场模型的计算[J]. 杨梦雨,管雪元,李文胜. 电子测量技术. 2017(06)
[4]空间电动力绳系统理论及实验研究[J]. 余本嵩,文浩,金栋平,陈提. 力学进展. 2016(00)
[5]空间碎片天基主动清除技术发展现状及趋势[J]. 曹喜滨,李峰,张锦绣,Richard Muriel. 国防科技大学学报. 2015(04)
[6]电动力绳系研究进展[J]. 蔡洪,杨育伟,郭才发. 宇航学报. 2014(11)
[7]空间碎片环境现状与主动移除技术[J]. 龚自正,徐坤博,牟永强,曹燕. 航天器环境工程. 2014(02)
[8]非线性相对运动下空间碎片碰撞概率计算的研究[J]. 许晓丽,熊永清. 天文学报. 2011(01)
[9]空间目标碰撞概率计算方法研究[J]. 白显宗,陈磊. 宇航学报. 2008(04)
[10]空间碎片预警中的碰撞概率方法研究[J]. 程陶,刘静,王荣兰,于有成. 空间科学学报. 2006(06)
博士论文
[1]空间目标轨道预报误差与碰撞概率问题研究[D]. 白显宗.国防科学技术大学 2013
[2]电动力绳系离轨系统的建模与动力学分析[D]. 徐大富.哈尔滨工业大学 2010
[3]绳系卫星释放和回收的动力学控制[D]. 文浩.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]高轨航天器近距离交会任务规划研究[D]. 高泽天.哈尔滨工业大学 2018
[2]电动力缆绳离轨特性研究[D]. 刘文佳.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3440240
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