隨著人類對外太空的探索,地球同步軌道已經被大量太空碎片占據,這些碎片對在軌設備構成了重大威脅,為了應對此威脅,空間碎片主動移除技術應運而生,尤其是大型空間碎片,其被捕獲移除的需求最為迫切。但大型空間碎片運動復雜,殘余動能較大不易控制,難以直接捕獲。消旋技術可以消耗碎片的殘余動能,減小移除過程中的沖擊,從而提高大型空間碎片的捕獲成功率。本文首先對面向大型空間碎片捕獲的消旋進行了分析。本文中的空間碎片為某一類失效衛星,對其運動狀態進行分析,根據其動能集中情況,將運動分為單軸運動和三軸運動;與運動情況相對應進行消旋,分別對碎片進行單軸消旋或三軸消旋,建立了對應的動力學方程;分析了消旋中的消旋力矩,選取了消旋力矩的形式,分析了預期消旋時間,并分析了三軸消旋中消旋力矩的空間布局。然后根據技術指標完成了消旋機構的設計。設計了三個耗能器串聯構成的消旋機構;重點耗能器進行設計,耗能器中摩擦副作為工作部件,對摩擦副受力情況進行分析,摩擦副受到預加力和作用力;在完成耗能器設計后,根據消旋力矩的空間布局確定耗能器位置關系,根據運動空間優化耗能器空間位置參數,在耗能器間添加連接件,并對連接件進行強度校核。對消旋過程進行動力學仿真,分析消旋機構對機械臂的反饋力。在Adams中搭建仿真平臺,對不同初始角速度和受力情況下的碎片進行消旋仿真,對摩擦副受力情況和目標初始角速度與對機械臂反饋力的關系進行分析,利用神經網絡對此關系進行擬合,根據機械臂可承受反饋力范圍,調節摩擦副受到預加力,保證對不同初始角速度下的目標,反饋力在可承受范圍內。最后進行了地面消旋實驗。搭建了地面單軸實驗平臺,對摩擦副的動,靜摩擦特性進行測試,對摩擦副受力與摩擦轉矩關系進行擬合,并進行論文單軸消旋實驗,并利用單軸消旋實驗數據對三軸消旋仿真進行修正。在目標質心坐標系三軸上同時施加消旋力矩,能夠消除目標殘余動能;對于大型空間碎片,消旋機構能夠減小捕獲過程中的反饋力,擴大主動移除目標動能范圍。
【學位單位】：哈爾濱工業大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V528
【部分圖文】：

是其中十分重要的一個環節。面前國內外消旋技術研究主要是通過力矩，消耗目標殘余動能，根據消旋機構是否與目標接觸，消旋技術式消旋和非接觸式消旋，下面對國內外消旋技術進行簡要介紹。在介，首先對主動移除技術進行簡述。非接觸式消旋研究現狀接觸式消旋中，消旋機構不與目標直接接觸，在消旋過程中可以與目全距離，與目標發生碰撞的風險小，但非接觸式消旋機構一般體積復雜。1） 離子束消旋德里理工大學的 Claudio Bombardelli 和 Jesus Peláez 設計了一套離子，通過向目標發射等離子束，施加沖量改變目標運動狀態，在消旋過標間可以保持 10-20m 的安全距離，在消旋過程中僅需靠近目標，不位置控制，也不需保持伴飛或對接姿態。在此方案中，等離子束可以能，已經可以達到 30 km/s[39]。此系統如圖 1-1 所示。

消旋力大小主要取決于兩者間相對距離，相對姿態和過程前需要對目標的表面材質和形狀進行建模識別蹤，其氣體沖量的作用角度主要靠調整衛星姿態保證高的要求，同時存在碰撞的危險。力消旋大學的 Trevor Bennett 和 Hanspeter Schaub 提出了一種此方法中衛星首先通過專用的電子發射裝置，向目標勢改變，再通過靜電力對目標施加消旋力矩，改變目標先針對單軸旋轉目標進行了理論研究和實驗驗證，利進行了理論分析。其消旋力矩大小主要取決電勢差和關系主要包括距離和相對姿態。目標的電勢情況，本方案中提出了一種 Multi-Sphere型，此模型中將目標視為一多球體復合的集合，為有限基礎。如圖 1-2 所示，可以將以圓柱狀目標如火箭末級勢計算。此方案中消旋力的大小主要與相對距離，電勢

a)吸盤型 b) 鉆頭型圖 1-3ASEM 裝置結構示意圖[42]該裝置體積小重量輕，可以在航天器上一次攜帶大量此裝置，得益于此使用以在一個目標上使用多個相互配合工作。同時由于 ASEM 裝置的結構特點，要對目標進行高精度的位置跟隨，在接近到一定范圍后，即可通過鉆頭或吸盤在目標上，此時主動移除系統即可對目標進行捕獲移除，對現有針對合作目標的各種對接捕獲系統兼容性好。此外，還有一些使用激光，各類離子的非接觸式消旋方案，但僅停留在理論或概念層次，尚無相關仿真模擬或地面實驗，在本文中不對其進行過多討論.3.2 接觸式消旋研究現狀接觸式消旋出現較早，通常采用在機械臂末端搭載消旋工具的形式，通過末具對目標施加消旋力。接觸式消旋中可以利用末端執行器中的相關技術，其技備較為充足，下面依次對國內外幾種典型接觸式消旋進行簡析。（1） 減速刷消旋
【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 張帆;黃攀峰;;空間繩系機器人抓捕非合作目標的質量特性參數辨識[J];宇航學報;2015年06期

2 黃攀峰;張帆;徐秀棟;;考慮空間系繩釋放特性的空間繩系機器人協調耦合控制[J];控制與決策;2015年06期

3 金小龍;唐軼峻;隋成華;;空間碎片光譜特性獲取與分析方法研究[J];空間科學學報;2014年01期

本文編號：2893204