小行星探測器的軌道設(shè)計與控制方法研究.pdf

1、隨著時代的發(fā)展科技的進步,航空航天活動在全世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。從最開始的月球著陸活動,到后來的金星和火星的探測活動,針對地球外的行星探索一直沒有停止過。由于近地小行星存在撞擊地球的威脅,并具有獨特的天文價值和科技價值,對小行星進行深空探測極具吸引力,成為各個航天大國的新熱點。由于小行星存在的引力場不規(guī)則等特殊性,傳統(tǒng)的二體動力學(xué)方法不再適用,研究小行星的引力場建模及周圍的軌道動力學(xué)及控制問題成為實現(xiàn)小行星探測的關(guān)鍵。
　　本文研究

2、不規(guī)則的小行星引力場建模方法,并對近小行星的軌道動力學(xué)進行研究,主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　首先,建立本文常用的兩種坐標(biāo)系,在這些坐標(biāo)系下,給出小行星探測器的軌道動力學(xué)方程。針對不規(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行引力場建模計算與分析,并對二者進行對比。
　　其次,分析近小行星探測器的懸停控制問題。在小行星的固連坐標(biāo)系下,建立懸?？刂频倪\動模型,將非線性的動力學(xué)問題線性化。基于線性擾動方程,分別考

3、慮不同的偏差情況,設(shè)計兩種懸?？刂坡?基于滑模的探測器控制律和基于Tight控制的小偏差控制律,并進行穩(wěn)定性分析。當(dāng)偏差較大時,使用基于滑模的懸?？刂坡?以實現(xiàn)快速接近;偏差較小時,使用Tight控制律,以避免較大的控制推力,減小能量消耗。
　　最后,計算近小行星引力場的平衡點,分析平衡點處的軌道特性。為了研究平衡點附近的軌道特點,計算解得一種基于線性化運動模型的一階解析解,討論不穩(wěn)定平衡點處的軌道穩(wěn)定性?；谠撘浑A解析解,設(shè)計出