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电动力绳系统离轨效率分析及空间目标碰撞规避

电动力绳系统离轨效率分析及空间目标碰撞规避

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作者：蔡珺哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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轨道参数对航天器离轨效率的影响。针对电动力绳系统与空间目标发生碰撞的概率计算问题,考虑对绳上各处逐点分析。对于细绳而言,微小的碎片都有可能造成系绳的断裂。因此,在电动力绳系统离轨的过程中,需要防止系统与其他空间目标发生碰撞。针对电动力绳形状特殊,无法等效为一个球体的特点,对绳上各点分别进行碰撞分析,计算出了绳上各处与已知空间目标的碰撞概率。针对电动力绳系统的规避问题,首先考虑碰撞概率的大小,并在碰撞概率较大时,采取机动措施进行碰撞规避。然后,针对电动力绳系统的特点,本文考虑通过改变绳上电流的方法来进行机动。最后,仿真结果验证了改变绳上电流可以有效减小碰撞概率,完成规避。

关键词：电动力绳航天器离轨空间目标碰撞概率碰撞规避

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