雙-三星電磁編隊(duì)相對(duì)平衡態(tài)及其特性研究.pdf

1、隨著航天器在軌服務(wù)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用多個(gè)航天器組成編隊(duì)協(xié)同工作，對(duì)某一特定空間目標(biāo)實(shí)施在軌操控成為新的空間任務(wù)模式。近年來(lái)，以電磁力、庫(kù)侖力為代表的星間非接觸內(nèi)力的研究，為航天器在軌操控提供了一種新的研究思路與技術(shù)途徑。
　　航天器電磁編隊(duì)作為典型的非接觸內(nèi)力作用編隊(duì)，利用安裝于各航天器上的電磁裝置產(chǎn)生可控電磁力/力矩以實(shí)現(xiàn)對(duì)編隊(duì)系統(tǒng)相對(duì)位置/姿態(tài)的在軌控制，有效地解決了傳統(tǒng)噴氣推進(jìn)帶來(lái)的羽流污染、工質(zhì)消耗等技術(shù)問(wèn)題，一定程度上

2、提供了連續(xù)、可逆且同步的在軌控制。隨著協(xié)同航天器編隊(duì)技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁編隊(duì)技術(shù)逐漸變?yōu)楫?dāng)今的研究熱點(diǎn)和前沿性課題。但由于電磁編隊(duì)的內(nèi)力特性以及編隊(duì)系統(tǒng)的高非線性/耦合性，給編隊(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制問(wèn)題帶來(lái)一定挑戰(zhàn)，一些關(guān)于航天器電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)與控制的難題仍有待解決。
　　針對(duì)航天器電磁編隊(duì)的動(dòng)力學(xué)與控制問(wèn)題，論文開(kāi)展了電磁編隊(duì)動(dòng)力學(xué)建模、相對(duì)平衡態(tài)分析、編隊(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等相關(guān)研究。
　　（1）靜態(tài)電磁編隊(duì)相對(duì)平衡態(tài)條件。相對(duì)

3、平衡態(tài)對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)編隊(duì)，此時(shí)編隊(duì)系統(tǒng)各航天器相對(duì)位形保持不變，相關(guān)研究對(duì)編隊(duì)系統(tǒng)空間構(gòu)型保持與重構(gòu)有重要意義。論文基于牛頓-歐拉方程建立航天器電磁編隊(duì)矢量動(dòng)力學(xué)模型；由靜態(tài)編隊(duì)平衡態(tài)特性，基于矢量力學(xué)方法推導(dǎo)航天器編隊(duì)系統(tǒng)平衡態(tài)條件與磁偶極子配置情況。
　?。?）電磁編隊(duì) Hamilton動(dòng)力學(xué)模型。航天器電磁編隊(duì)在軌飛行涉及到復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形式：一是整個(gè)編隊(duì)系統(tǒng)隨質(zhì)心做定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；二是編隊(duì)系統(tǒng)中各航天器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為清晰的描述編隊(duì)

4、系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和各航天器間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，論文基于Hamilton力學(xué)方法建立編隊(duì)系統(tǒng)姿/軌耦合動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)了航天器電磁編隊(duì)無(wú)擾動(dòng)條件下的耦合非線性六自由度動(dòng)力學(xué)方程，并與電磁編隊(duì)矢量力學(xué)模型對(duì)比，驗(yàn)證Hamilton力學(xué)模型適用性。
　　（3）電磁編隊(duì)平衡態(tài)求解及穩(wěn)定性分析。航天器電磁編隊(duì)相對(duì)平衡態(tài)及其穩(wěn)定性問(wèn)題研究是靜態(tài)編隊(duì)在軌運(yùn)行的基礎(chǔ)性課題，關(guān)系著航天器編隊(duì)系統(tǒng)能否在軌安全且穩(wěn)定運(yùn)行。論文針對(duì)雙/三星靜態(tài)編隊(duì)平衡態(tài)構(gòu)