对接组合体初始姿态影响的建模研究

建立了对接过程对组合体初始姿态影响的解析与数值模型。解析模型采用相对于整体质心的动量矩定理,给出了对接完成后组合体姿态角速度计算的解析表达式。结合追踪器的绝对运动方程和目标器的相对运动方程,建立了基于对接动力学的数值模型。通过单一偏差和组合偏差两种算例,对解析和数值模型得到的组合体初始姿态角速度进行了对比分析。计算结果表明,两种模型绝对偏差在0.07°/s以内,相对偏差在10%以内,另外给出了两种模型在工程任务中各自的适用阶段。     

基于U变换的空间站交会调相非线性协方差分析方法

针对空间站交会调相过程中的长时间偏差传播问题,提出一种基于U变换的协方差分析方法 UTCAM。在给出空间站交会轨道调相策略和轨道机动参数计算方法后,对UTCAM的原理和流程进行了介绍,通过和STK以及Monte-Carlo的对比验证表明,UTCAM与该两种分析方法的协方差相对误差均在1.2%以内,且计算耗时仅为Monte-Carlo的1/460,可快速准确地实现非线性系统的均值和协方差预报。最后基于UTCAM对长达20天的空间站交会调相的偏差传播进行了分析,并采用Monte-Carlo仿真对其分析结果进行了验证,验证了该方法的有效性。     

空间站零燃料大角度姿态机动路径存在性分析

零燃料大角度姿态机动技术是新近应用在国际空间站的新概念姿态控制技术。构造了以控制力矩陀螺为执行机构的空间站姿态控制动力学模型,在此基础上,建立了空间站本体与控制力矩陀螺之间的角动量守恒关系。针对各类大角度姿态机动任务,通过分析空间站惯量参数与控制力矩陀螺性能参数之间的解析关系,得到了零燃料大角度姿态机动路径的存在性条件。通过规划算例验证了存在性分析的正确性。所提出的零燃料大角度姿态机动存在性条件,为姿态机动路径的存在性判断提供了便捷可行的方法,为零燃料大角度姿态机动技术未来在我国空间站实施的可行性论证提供重要的理论依据。     

控制力矩陀螺辅助的空间站大角度姿态机动

在推力器机动技术与零燃料机动(Zero Propellant Maneuver,ZPM)技术的基础上,提出了一种新的空间站大角度姿态机动技术概念——控制力矩陀螺辅助机动(Control Momentum Gyroscopes Assisting Maneuver,CMGs AM)技术。文章给出了CMGs AM燃料最优控制问题模型,在对燃料最优解控制结构分析的基础上,采用基于改进的伪谱结点法的求解策略,求解了CMGs AM燃料最优机动问题,与仅基于推力器机动的燃料最优解和空间站上的绕特征轴的常速率机动进行了比较,结果表明相对于推力器机动,CMGs AM技术更加节省燃料,并同时实现了机动始末动量管理模式的光滑连接;相对于ZPM机动,其机动时间大大缩短,同时具有更强的抵御干扰的能力。CMGs AM技术实现了对推力器技术与零燃料机动技术的高效综合,进一步丰富了空间站大角度机动技术。