电动力缆绳离轨卫星接触电阻及振动分析
空间碎片的日益增多给未来人类的空间活动造成了巨大的潜在危险,对此,许多国家相继提出了缓解的方法和措施,电动力缆绳离轨方式就是在这样的背景下被提出来的。电动力缆绳离轨是通过把一根较长的金属导线悬挂在卫星的上面或者下面,利用其在电磁场中运动会产生电动力的性质,来消耗在轨运行的航天器的能量,从而使其轨道高度降低,达到离轨的目的。目前的研究大多针对于低地球轨道卫星。本文在前人研究的基础上对这种离轨方式进行了进一步的研究。1)针对向上伸展的电动力缆绳离轨系统研究了电动力缆绳末端收集球体与空间等离子体之间的接触电阻对电动力缆绳离轨特性的影响。在电动力缆绳离轨的研究中,电阻的计算是至关重要的一步,它直接影响着缆绳中电流的大小,在以往的研究中往往只考虑了缆绳本身的电阻或是对接触电阻进行了近似计算,这必将会影响到电动力缆绳离轨特性的分析。本文根据TSS-1R卫星的电流-电压关系建立了一类电动力缆绳末端收集球体与空间等离子体之间的接触电阻的计算公式,并在十三阶精确地磁场模型和国际参考电离层1990模型下,利用轨道六要素法仿真分析了该接触电阻对电动力缆绳离轨特性的影响。2)针对向下伸展的电动力缆绳离轨系统对电动力缆绳的横向振动进行了研究。电动力缆绳在离轨过程中受到诸多因素的影响,例如,电动力、重力梯度力和大气阻力等,而电动力缆绳又具有质量轻、柔性大和阻尼小等特点,因此在受到外部扰动时易于产生横向振动。本文首先利用微元法建立了连续的电动力缆绳横向振动微分方程和边界条件,由于连续方程和末端力边界条件均为二阶非线性、时变、强耦合的偏微分方程,目前无法求出解析解,本文采用有限元法和拉格朗日方程建立了离散化的电动力缆绳横向振动方程,并在十三阶精确地磁场模型下利用轨道六要素法和龙格-库塔法对电动力缆绳的横向振动情况进行了仿真和分析。
电动力缆绳离轨;卫星接触电阻;十三阶精确地磁场模型;横向振动
哈尔滨工业大学
硕士
飞行器设计
孔宪仁
2007
中文
V412.41;V474
87
2014-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）