【摘 要】
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空间绳系卫星系统成为近年来航天领域研究热点之一。学者们针对空间绳系系统物理场建模、动力学特性、控制律设计等问题开展理论研究,同时,各国航天机构也纷纷开展空间绳系卫星发射试验。空间绳系卫星系统的一个重要分支是电动力绳系卫星系统。电动力系绳在轨道中与地磁场作用产生感应电动势,受到与运动方向相反的电动力作用,产生离轨效应。目前电动力绳研究多集中在电动力对系绳的影响,以此展开动力学与控制问题的研究,但未针
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空间绳系卫星系统成为近年来航天领域研究热点之一。学者们针对空间绳系系统物理场建模、动力学特性、控制律设计等问题开展理论研究,同时,各国航天机构也纷纷开展空间绳系卫星发射试验。空间绳系卫星系统的一个重要分支是电动力绳系卫星系统。电动力系绳在轨道中与地磁场作用产生感应电动势,受到与运动方向相反的电动力作用,产生离轨效应。目前电动力绳研究多集中在电动力对系绳的影响,以此展开动力学与控制问题的研究,但未针对卫星动力学开展研究,仅将其视作质点,未考虑卫星端的姿态运动与动力学对离轨的影响。在此背景下,本文主要研究了电动力绳系卫星离轨过程中的卫星端姿态问题。一方面,通过建模得到卫星姿态动力学与运动学方程,然后进行了数值仿真计算。另一方面,本文从导航的角度提出了在绳系系统中引入姿态测量的必要性,并结合对惯性导航器件原理与误差特性的研究,提出在电动力绳离轨过程中使用MEMS INS/GPS组合导航测姿有效性的初步验证,从而从动力学及导航测量两个角度共同探究了空间绳系卫星系统中卫星端姿态这一问题。本文的第一个创新点在于着重考虑绳系卫星系统中卫星端的动力学问题。本文基于导电系绳为刚性杆及卫星均匀质量分布假设,分析了卫星在离轨过程中受到的摄动力矩,并由此通过运动学及动力学分析,研究并仿真了电动力绳离轨过程中,卫星在摄动力矩作用下的角运动趋势,证明了未来研究绳系系统卫星姿态控制的重要性。第二个创新点在于提出在绳系系统中引入多传感器姿态测量技术。本文提出利用MEMS INS/GPS组合导航确定卫星位置、速度以及姿态,并主要针对MEMS惯性器件,从理论和实验两个角度研究了MEMS惯性器件的误差特性。此外,将MEMS INS/GPS组合导航算法应用于电动力绳离轨的动态过程,验证组合导航应用于电动力绳离轨测姿任务中的有效性,为后续研究绳系卫星系统下星载组合导航、相对导航及将导航信息反馈至卫星姿态控制回路作铺垫。
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