小行星探測(cè)器的軌道設(shè)計(jì)與控制方法研究.pdf

1、隨著時(shí)代的發(fā)展科技的進(jìn)步,航空航天活動(dòng)在全世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。從最開(kāi)始的月球著陸活動(dòng),到后來(lái)的金星和火星的探測(cè)活動(dòng),針對(duì)地球外的行星探索一直沒(méi)有停止過(guò)。由于近地小行星存在撞擊地球的威脅,并具有獨(dú)特的天文價(jià)值和科技價(jià)值,對(duì)小行星進(jìn)行深空探測(cè)極具吸引力,成為各個(gè)航天大國(guó)的新熱點(diǎn)。由于小行星存在的引力場(chǎng)不規(guī)則等特殊性,傳統(tǒng)的二體動(dòng)力學(xué)方法不再適用,研究小行星的引力場(chǎng)建模及周?chē)能壍绖?dòng)力學(xué)及控制問(wèn)題成為實(shí)現(xiàn)小行星探測(cè)的關(guān)鍵。
　　本文研究

2、不規(guī)則的小行星引力場(chǎng)建模方法,并對(duì)近小行星的軌道動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　首先,建立本文常用的兩種坐標(biāo)系,在這些坐標(biāo)系下,給出小行星探測(cè)器的軌道動(dòng)力學(xué)方程。針對(duì)不規(guī)則的小行星,分別采用球諧函數(shù)模型和多面體模型兩種方法進(jìn)行引力場(chǎng)建模計(jì)算與分析,并對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比。
　　其次,分析近小行星探測(cè)器的懸?？刂茊?wèn)題。在小行星的固連坐標(biāo)系下,建立懸?？刂频倪\(yùn)動(dòng)模型,將非線(xiàn)性的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題線(xiàn)性化?；诰€(xiàn)性擾動(dòng)方程,分別考

3、慮不同的偏差情況,設(shè)計(jì)兩種懸?？刂坡?基于滑模的探測(cè)器控制律和基于Tight控制的小偏差控制律,并進(jìn)行穩(wěn)定性分析。當(dāng)偏差較大時(shí),使用基于滑模的懸停控制律,以實(shí)現(xiàn)快速接近;偏差較小時(shí),使用Tight控制律,以避免較大的控制推力,減小能量消耗。
　　最后,計(jì)算近小行星引力場(chǎng)的平衡點(diǎn),分析平衡點(diǎn)處的軌道特性。為了研究平衡點(diǎn)附近的軌道特點(diǎn),計(jì)算解得一種基于線(xiàn)性化運(yùn)動(dòng)模型的一階解析解,討論不穩(wěn)定平衡點(diǎn)處的軌道穩(wěn)定性?；谠撘浑A解析解,設(shè)計(jì)出