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《航天飛行器分離動力學》主要針對航天飛行中的分離與碰撞問題開展研究,包括動力學建模、分離特性分析、碰撞的發生與規避等。研究對象涉及到飛行器的正常分離和故障狀態下的應急分離;應急分離中的碰撞問題;軌道航天器的對接與分離;航天器分離走廊的安全性與碰撞問題;航天器對接中的碰撞與衝擊問題;等等。《航天飛行器分離動力學》共分十章。
名人/編輯推薦
《航天飛行器分離動力學》這是我國第一部系統研究航天飛行器分離動力學的專著,可作為高等院校相關專業研究生及航天領域相關技術人員的參考書。
書摘/試閱
1.空間交會各階段面臨的軌跡安全威脅
在遠距離導引段,追蹤器和目標器相距較遠,彼此之間不可能發生碰撞。但是,由于遠距離導引飛行時間較長,需要經過多次軌道機動,再加上交會對接通常在空間碎片較密集的近地軌道進行,因此,空間碎片是該階段面臨的主要威脅。
進入近距離導引段以后,兩個飛行器的距離減小,追蹤器需要從相距幾十公里處逐漸接近目標器,經過平移靠攏,直至最后對接。這一過程存在很多隨機擾動因素,追蹤器也有可能發生故障,這些都可能導致兩個飛行器發生碰撞。在分離段,追蹤飛行器從目標飛行器彈開后,如果GNC(制導、導航與控制)系統重新啟動失敗,追蹤器將保持自由飛行狀態,這也有可能引起與目標器的碰撞。
2.主動軌跡安全保護策略
用主動檢測并校正的方式保證軌跡安全稱為主動軌跡安全保護策略。
主動軌跡安全保護策略的典型方式就是空間交會平移靠攏段采用的閉環控制。在平移靠攏段,追蹤器主動檢測實際飛行軌跡與標稱軌跡的偏離并及時對其進行校正。在自由漂移或沖量作用階段也可以應用主動軌跡安全保護策略,包含兩種方法:參考軌跡法和中段校正法。參考軌跡法需要預先計算一個標稱參考軌跡,然后在飛行中將狀態控制到標稱參考軌跡附近。中段校正法采取在飛行中增加沖量的方式,其目標是保證終端狀態與標稱終端狀態相同。在交會對接中,參考軌跡法的安全性通常比中段校正法更好。這是因為在中段校正法中,只有終端狀態作為主動的控制目標,這并不能保證軌跡上的任何點都符合被動安全的需要,而參考軌跡法保證了軌跡上的每個點都在參考軌跡附近。考慮到軌跡偏離和空間碎片的不確定性,主動軌跡安全策略有時是唯一能夠保證安全的方式。交會對接遠距離導引段的變軌策略相對固定,對于某次飛行中發現的空間碎片威脅不可能重新設計變軌策略,因此只能采取主動規避的方法避免碰撞。
3.被動軌跡安全保護策略
將飛行器保持在安全軌跡上稱為被動軌跡安全保護策略,安全軌跡是指這樣的軌跡,在這個軌跡上的任何點發動機停止工作后的自由飛行軌跡在預定義時間內不與目標飛行器發生碰撞。
被動軌跡安全不僅能夠全程保證追蹤飛行器故障情況下的安全,而且允許通過簡單地停止發動機工作來得到一個安全的自由飛行軌跡。實際上,在發動機開機失敗或控制系統故障情況下,當故障原因沒有弄清楚之前直接停止發動機通常是唯一能夠立即采取的措施。雖然被動軌跡安全保護策略在任何故障情況下都能夠保證兩個飛行器不碰撞,但并不是所有的交會對接軌跡都能夠采用這種保護策略。
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