空间操作的地面实验验证方案分析

admin · 发表于 2022-9-25 08:41:28

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本文针对新型混合悬浮地面实验系统，通过对近距离空间操作任务进行动力学分析，应用相似性定理，结合实验系统的时间、空间等约束，对实验方案进行验证分析，并对实验系统的建立提供设计建议。首先从相对运动角度来对空间操作任务进行动力学分析，得到椭圆参考轨道与圆参考轨道的相对运动模型，可以应用于任何空间操作的任务当中。其次，在理想情况下，引入相似性理论、量纲分析方法，给出了近距离相对运动中所必需的各个几何量、运动量以及作用力在空间真实情况与地面实验环境中的对应关系，即给出空间飞行器的真实运动与实验体在地面实验系统中的模拟运动之间的相似性规律。建立了地面实验的完全相似模型。第三，根据相似性分析，针对实验系统的尺寸约束，对地面实验系统模拟相对运动的可行性进行分析。由于地面环境受限，不能在地面实验系统内进行直观的相对运动模拟，即无法在两实验体绕中心引力体作绝对轨道运动的同时来观察其相对运动。所采取等效的模拟办法是一个实验体(即被动实验体)固定不动，另一个实验体(即主动实验体)在发动机推力的作用下沿着空间任务的相对轨迹运动，从而进行近距离空间操作的模拟实验。为了用地实验系统内的绝对运动来等效空间实际的相对运动，需要在地面施加相应的补偿力。第四，对具体的近距离相对运动任务进行动力学分析，例如对椭圆或圆参考轨道的圆形受迫绕飞的制导加速度与速度增量的分析，给定点圆绕飞轨道的设计与速度增量的分析，最后逼近段的动力学分析等。同时结合地面实验系统的空间、时间等方面的约束，根据相似性理论，得到包括实验体模拟相对运动任务所需发动机推力或者速度脉冲等内容的实验设计方案。最后，通过对交会过程中的绕飞段的几种具体的绕飞方式以及最后逼近段的相对运动进行数值仿真，得到了主动实验体实现模拟任务所需的发动机推力以及速度脉冲。通过仿真结果验证了空间操作的相对运动实现方案的有效性，并对实验系统进行模拟实验的方案提出设计建议。

空间操作的地面实验验证方案分析

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