›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (6): 15-.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.003

• 研究探讨 • 上一篇    下一篇

系绳辅助的行星际轨道捕获研究

 刘彬彬1,2, 黄攀峰1,2, 孟中杰1,2   

  1. (1 西北工业大学航天学院智能机器人研究中心,西安710072)(2 航天飞行动力学技术重点实验室,西安710072)
  • 收稿日期:2014-03-19 修回日期:2014-07-06 出版日期:2014-12-25 发布日期:2014-12-25
  • 作者简介:刘彬彬 1990年生,2012年毕业于西北工业大学探测制导与控制技术专业,现为西北工业大学导航制导与控制专业硕士研究生。研究方向为空间绳系系统。黄攀峰 1974年生,2005年获香港中文大学自动化与计算机辅助工程专业博士学位,教授,博士生导师。研究方向为空间机器人动力学与控制、空间机器人遥操作技术等。孟中杰 1982年生,2010年获西北工业大学导航制导与控制专业博士学位,副教授。研究方向为空间机器人动力学、控制及智能控制理论等。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(11272256,61005062)资助项目

Research on Tether Assisted Interplanetary Orbital Capture

 LIU  Bin-Bin1,2, HUANG  Pan-Feng1,2, MENG  Zhong-Jie1,2   

  1. (1 Research Center of Intelligent Robotics,School of Astronautics,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072)(2 National Key Laboratory of Aerospace Flight Dynamics,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072)
  • Received:2014-03-19 Revised:2014-07-06 Online:2014-12-25 Published:2014-12-25

摘要: 针对深空探测中应用动量交换系绳辅助进行行星际轨道捕获时的系绳控制问题,首先对运行在目标行星双曲线飞越轨道上的探测器系统进行动力学建模,给出了一致性轨道捕获条件和系绳最佳切断点,并进行了动力学特性分析。考虑到子探测器捕获后的变轨需求及系绳收放速率的限制,提出了新的最优控制方法,并应用模拟退火算法进行了数值求解。仿真结果表明,系绳切断时指向恰当,子探测器距离目标行星最近,将有利于后续变轨;系绳最大收放速率约为30m/s,切实可行。

关键词: 深空探测, 动量交换系绳, 轨道捕获, 捕获条件, 最优控制

Abstract: Tether control of the momentum exchange tether assisted interplanetary orbital capture in deep space exploration was studied. Firstly, the dynamic model of a detector system in a hyper bolic flying orbit was established. Secondly,the consistent condition of orbital capture and the optimum tether cut off point were derived to analyze the dynamic characteristics.Finally, considering the sub detectors post capture orbit maneuver requirements and limitation of the tether deployment/retrieval velocity, a new optimal control problem was proposed and numerically solved by the simulated annealing algorithm.Simulation results show that the tether orientation is appropriate at the cut off point and will be beneficial for the following orbit maneuver,and the  maximum tether deployment/retrieval velocity is about 30m/s.

Key words: Deep space exploration, Momentum-exchange tether, Orbitalcapture, Capture condition, Optimal control