摘要：针对运载火箭反馈控制回路中弹性振动信号与刚体信号存在耦合,会明显降低姿控系统稳定性的问题,提出了一种速率陀螺自适应加权方法,该方法适用于弹性振动的模态振型斜率和频率存在偏差的情况。将速率陀螺观测信号转换为频域表达,采用插值离散傅里叶变换方法辨识弹性频率;基于频域信号提出了速率陀螺加权系数矩阵自适应更新算法,分步抑制了各阶弹性振动信号;开展了不同偏差情况下的仿真校验工作。仿真结果表明,速率陀螺自适应加权方法可实现对速率陀螺测量信号中弹性振动信号的显著抑制,从源头上减小弹性振动信号对姿控系统稳定性的不利影响,从而提高运载火箭姿态控制器的性能,降低控制器的设计难度。

摘要：主要讨论非开普勒轨道与传统开普勒轨道的异同点,试图归纳非开普勒轨道面临的动力学与控制新问题。从设计的角度出发,给出了非开普勒轨道的定义。针对目前讨论较多的几种非开普勒轨道,总结了研究这些轨道将会面临的新问题和难题。最后,讨论了非开普勒轨道的应用。

摘要：太阳帆的轨道和姿态控制是太阳帆研究的重要领域。在同时考虑太阳帆轨道和姿态的情况下,研究了太阳帆在悬浮轨道的被动稳定飞行问题。通过设计帆的面积和支撑有效载荷杆的长度,使太阳帆在轨被动稳定飞行,主要研究了两个参数对太阳帆稳定性的影响。研究结果表明,太阳帆的面积对帆的稳定性影响较大,面积较小时太阳帆总能被动稳定。杆的长度对帆的稳定性影响不大,给定杆的长度,通过设计太阳帆的面积总能使太阳帆被动稳定。

摘要：针对近距离航天器编队在日地系人工L1点附近的飞行控制问题,提出一种将太阳帆推进技术与库仑力编队技术相结合的混合推进控制方法。通过控制从航天器太阳帆相对于主航天器的姿态角调整主从间光压力差,同时与主从间库仑力相配合,既解决仅依靠太阳帆控制而存在的欠驱动问题,又改善了库仑编队的可控性。以太阳帆圆形限制性三体问题(SSCRTBP)模型为基础,给出共线人工平动点位置的计算方法,并构造主航天器运行轨道;引入航天器间库仑力,推导出混合推进编队相对运动方程;设计了固定时间滑模控制策略,以从航天器太阳帆的2个姿态角和主从间电荷积为控制量,对编队构型进行控制,将其与LQR控制策略对比,仿真结果表明:固定时间滑模控制策略在控制精度、所需时间、能量消耗等方面均优于LQR控制策略。在时长3年的任务中,编队仅用23天就展开完毕,保持阶段基线相对误差小于1%,其他两轴误差在厘米量级,整个过程无工质消耗,对于今后开展长期深空探测任务具有重要意义。

摘要：利用太阳帆能在三体问题中实现人工拉格朗日点,人工拉格朗日点克服了经典拉格朗日点位置固定的缺点,研究人工拉格朗日点的被动控制对深空探测有重要的意义。理论上人工拉格朗日点都不稳定,研究表明在被动控制下存在某些人工拉格朗日点的稳定特性与稳定平衡点非常接近,在工程上可以认为稳定。被动控制可以通过设计太阳帆来实现,本文给出了被动稳定太阳帆的设计,在该设计下考虑轨道和姿态的耦合动力学方程。基于该耦合方程研究了人工拉格朗日点的稳定性。仿真结果表明被动太阳帆使得人工拉格朗日点稳定。

摘要：太空天梯技术是实现低成本、高效、安全航天运输的一种重要途径.传统的地球天梯和月球天梯对材料强度的要求远超现有技术水平,工程实现难度很大.而土星卫星普遍质量较小,建设土星卫星太空天梯可以有效克服现有材料技术瓶颈并极大促进土星系探索和开发利用.首先,以土卫二为例,建立了“刚性杆-珠点”天梯模型,推导出拉格朗日动力学方程.在此基础上,完成了系统的稳定性分析,利用线性稳定性理论以及拉格朗日定理分析了不同建模精度以及空间站质量下系统的稳定条件,并将计算结果推广至土星系其他卫星.之后,提出了土星系太空天梯网构想,并初步设计了能够实现在任意两颗卫星之间无工质转移的天梯网构型.最后分析了天梯网的效能和建设可行性.计算结果表明,设计的天梯网中所有天梯均能够在平衡位置保持稳定,且部分天梯能够采用现有复合材料完成建造.相比传统轨道机动方法可节省数千米每秒的速度增量,具有巨大的潜在应用价值.提出的方法和得到的结论可以为天梯网的进一步设计提供支撑.

摘要：地球同步和太阳同步卫星在各个领域有着广泛的应用。静止轨道是一种特殊的地球同步轨道,轨道资源有限。利用化学推进或电推进可以实现轨道高度不同的同步轨道,如悬挂轨道,但需要消耗较多的燃料,工程上无法承受。本文考虑利用太阳帆实现地球同步和太阳同步轨道。太阳光压力在轨道平面内沿拱线方向,选择光压力与平面的夹角使得轨道平面的旋转速率与太阳光同步。研究表明,设计合适的半长轴和偏心率可以使得轨道旋转速率与地球自转速率一致。假设太阳光与赤道平面平行,可以得到准静止轨道,太阳帆将在传统静止轨道的附近运动,星下点的经度将在一个固定值附近振动。实际上太阳光是与黄道面平行,黄道面与赤道面之间存在夹角。考虑黄赤交角的情况下,太阳帆将在一定纬度和经度范围内运动。适合于对某个区域进行长期观测任务。

摘要：针对库仑力—太阳帆混合推进的航天器在行星悬浮轨道附近编队保持控制问题进行了研究.首先,建立了在行星悬浮轨道附近的航天器编队动力学模型,然后对模型进行线性化处理,推导出航天器编队相对运动方程.设计积分滑模编队飞行控制器,通过调节太阳光压力及星间库仑力对编队构型进行保持控制,具有响应速度快和对系统模型依赖小的特点.数值仿真表明存在扰动的情况下,该控制方法能实现行星悬浮轨道附近编队保持控制.

摘要：该文研究了非理想太阳帆航天器的时间最优交会任务。采用太阳帆光学模型,建立了量纲归一化的3维动力学方程。在只考虑太阳引力和太阳光压力的情况下,应用间接法建立了包含发射窗口的交会任务时间最优控制模型。详细推导了光学模型太阳帆的最优控制律。采用美国国家航空航天局(NASA)的非理想太阳帆试验数据,研究太阳光压因子为0.05至0.1的太阳帆金星交会任务。仿真发现,太阳帆航天器轨道设计时需考虑非理想模型的影响,非理想太阳帆飞行时间较理想太阳帆有所增加,且姿态控制规律有所不同。

摘要：针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程,考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量,将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程,设计了一种LQR编队控制方式,该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持,具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真,表明该控制方法能实现编队.