面向人工重力技术的绳系自旋航天器动力学建模与分析

摘要

面向人工重力技术,对哑铃型绳系自旋航天器系统进行了动力学建模、近似解析分析和数值仿真.首先,基于凯恩方法建立了二维平面上系统动力学方程组.然后,适当选取空间和时间标尺,将系统方程去量纲化.引入系绳长度与空间标尺之比作为小参数,利用小参数摄动方法,对无量纲系统方程作了合理简化.基于椭圆积分和椭圆函数理论,对绳系系统自旋周期进行了近似解析估算.给出乘员舱内人工重力和科氏力的计算公式.数值仿真表明,合理选择系绳长度和自旋角速度,可以在乘员舱内产生适合航天员居住的人工重力,其波动幅值甚微,波动频率远离人体敏感频带,且科氏力与人工重力相比其值甚微.