[发明专利]一种空间碎片消旋方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间碎片捕捉领域，具体涉及一种空间碎片消旋杆件及消旋方法。

背景技术

随着空间开发利用活动的增加，空间碎片的数量急剧增多。而空间轨道的资源是有限的，如果不清理空间碎片，待其数量增大到一定程度后，已有碎片之间的碰撞会使产生碎片的速度大于清理的速度，从而引起“凯斯勒”效应，空间将不能再被利用。因此空间碎片的清理是亟待解决的任务。由于大量空间碎片具有旋转特性，这给碎片清理任务带来了难度。在抓捕之前首先要考虑如何使其消旋，因此需要对空间碎片的消旋提出新颖可行的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种空间碎片消旋杆件及消旋方法，通过杆件的折叠形变实现非合作目标的消旋，结构设置简单，操作可行性高。

为了实现上述目的，本发明空间碎片消旋杆件采用的技术方案为：包括一端与空间碎片抓捕卫星相固连的杆件主体，所述的杆件主体上间隔加工有若干个用于使杆件主体能够进行折叠的槽口，杆件主体的另一端用于接触空间旋转碎片，空间旋转碎片带动杆件主体进行多次折叠，在杆件主体形变能的反作用下实现消旋，最终通过空间碎片抓捕卫星完成捕捉。

所述的杆件主体为圆筒状。

杆件主体采用轻质复合材料制成，所述的槽口为贯穿开设在杆件主体上的椭圆形槽口。

本发明空间碎片消旋杆件的消旋方法，包括如下步骤：

步骤一、力学模型建立；

假定杆件主体在槽口处为弹簧模型，槽口以外的部分为刚体模型；杆件主体与空间碎片抓捕卫星连接处的边界条件满足相对静止约束，空间碎片抓捕卫星能够实现自身的稳定，空间旋转碎片利用杆件主体变形产生的力矩实现自身消旋；将力学模型分解为：

a.空间旋转碎片与杆件主体的动力学问题；

b.空间碎片抓捕卫星保持其自身轨道和姿态的问题；

步骤二、求解杆件主体在不同角度所对应的力矩大小；

步骤三、假定杆件主体变形所受到的力矩大小为M(θ)，而空间旋转碎片的转动惯量为J，则杆件主体在被空间旋转碎片带动而产生的折叠过程中，动力学方程写为：

假定杆件主体形变过程中采集了N个离散点，每个离散点采用线性函数拟合，则力矩与角度的函数关系为：

M(θ)＝a₁θ+a₀， (2)

此处a₁,a₀为力矩拟合函数，将其表示为：

则若将旋转卫星和杆件视为一体，其姿态动力学方程为：

假定参数a₁,a₂由离散点段(θ_i,θ_i+1),i∈[i,N]函数拟合求出，求解方程(3)，得出杆件主体形变产生的角速度变化，最终求出杆件主体形变产生的力矩对于空间旋转碎片的降速。

所述方程(3)的解有如下形式：

①线性化系数a₁＞0，t_i＜＜t＜＜t_i+1；

方程(3)的解为：

上式中c₁,c₂从t＝t_i时刻，初始状态参数θ_i,的参数得到；

②线性化系数a₁＜0，t_i＜t＜t_i+1；

上式c₁,c₂从t＝t_i时刻，初始状态参数θ_i,的参数得到。

综上所述，由公式(3)-(7)求解杆件主体形变产生的角速度变化。

所述通过公式(3)-(7)求解杆件主体形变产生的角速度变化包括如下步骤：

Step1:输入数据θ_i,θ_i+1，以及M_i,M_i+1；

Step2:求出参数a₁,a₂；

Step3:给出初始的角速度假定在θ∈[θ_i,θ_i+1]段，角速度变化较小，则；