非合作失效航天器绳系拖曳系统研究

摘要

空间碎片的不断增加给人类航天活动的开展和在轨资产的安全造成严重威胁.在已经提出的多种空间碎片主动清除方式中,绳系拖曳(tethered space-tug,TST)系统因有较好的应用前景而受到广泛关注.部分失效航天器因星上器件损坏且姿态控制系统异常,始终将姿态维持在某一特定指向,针对此类具有典型的非合作特征的大型空间碎片,开展绳系拖曳动力学与控制研究.将拖船和目标均视作刚体,用牛顿法建立了TST系统的动力学模型;根据目标姿态稳定方式分为自旋稳定和三轴稳定两种情况,开展了绳系拖曳动力学分析与控制设计,并考察了系绳在失效航天器表面连接点位置对系统稳定状态的影响.仿真结果表明,拖船和失效航天器会在系绳连接下表现出抗衡特点,最终系统会稳定在不同的均衡状态附近.此研究为安全清除尚有残余姿态控制能力的失效航天器中相关拖曳动力学与控制问题提供了参考.