科學家得出空間旋轉系繩系統控制規律
2024年12月19日, 17:29 (更新: 2024年12月19日, 17:32)
© 帕維爾·法捷嚴科夫
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由西北工業大學（西安）和俄羅斯薩馬拉大學共同參與的中俄科研團隊構建了一個數學模型，便於有效控制由繩索連接的衛星組合體。研究人員稱，該模型可用於航天器編組的高效控制。
相關成果發表在學術期刊《宇航學報》（Acta Astronautica）上。
空間旋轉系繩系統是由兩個航天器組成的組合，其旋轉模式類似於“太空彈弓”，其質量中心沿著預定軌道移動。據以科羅廖夫院士命名的薩馬拉國家研究型大學介紹，該系統通常由一顆大型主衛星和一顆小型子衛星組成，通過一條數十公里長的纖細而堅固的繩索連接。
空間旋轉系繩系統使人們能夠完成現有航天技術手段不可能、不現實或不經濟執行的任務，包括用於產生人工重力、組成衛星星座和將衛星發射入軌。最近，將系繩系統用作“太空清道夫”（清除軌道上的太空垃圾）的研究備受關注。
薩馬拉大學(Samara University)飛行動力學和控制系統教研室副教授帕維爾·法捷嚴科夫與西北工業大學自動化學院王長青教授指導的中方研究團隊合作創建了這一數學模型，有助建立基於航天器小推力發動機的控制系統，使系繩系統的旋轉平面實現大角度旋轉。
研究人員表示，他們根據拉格朗日方程方法推導出了旋轉坐標系中的運動方程。
法捷嚴科夫指出：“新模型的主要優勢在於，我們能夠以解析形式獲得電推進器的控制規律，從而使系統進入旋轉狀態並抵御各種擾動。這將有助於我們更快地創建一個真正的航天系統。”
他補充說，已對由3千米長的繩索連接的衛星組（兩顆衛星分別重1600千克和60千克）在500千米高空的運動情況進行了研究。利用最大推力為2牛頓的電推進發動機，可將衛星組的旋轉平面改變90度。科學家發現，控制系統可以確保小於千分之一弧度（小於0.05度）的定向精度。
薩馬拉大學表示，該數學模型的應用為研究多航天器空間旋轉運動的許多相關課題提供了可能。
未來，科學家計劃開發一個真正的航天系統，以清除所需方向軌道上的太空垃圾。
空間旋轉系繩系統使人們能夠完成現有航天技術手段不可能、不現實或不經濟執行的任務，包括用於產生人工重力、組成衛星星座和將衛星發射入軌。最近，將系繩系統用作“太空清道夫”（清除軌道上的太空垃圾）的研究備受關注。
薩馬拉大學(Samara University)飛行動力學和控制系統教研室副教授帕維爾·法捷嚴科夫與西北工業大學自動化學院王長青教授指導的中方研究團隊合作創建了這一數學模型，有助建立基於航天器小推力發動機的控制系統，使系繩系統的旋轉平面實現大角度旋轉。
研究人員表示，他們根據拉格朗日方程方法推導出了旋轉坐標系中的運動方程。
法捷嚴科夫指出：“新模型的主要優勢在於，我們能夠以解析形式獲得電推進器的控制規律，從而使系統進入旋轉狀態並抵御各種擾動。這將有助於我們更快地創建一個真正的航天系統。”
他補充說，已對由3千米長的繩索連接的衛星組（兩顆衛星分別重1600千克和60千克）在500千米高空的運動情況進行了研究。利用最大推力為2牛頓的電推進發動機，可將衛星組的旋轉平面改變90度。科學家發現，控制系統可以確保小於千分之一弧度（小於0.05度）的定向精度。
薩馬拉大學表示，該數學模型的應用為研究多航天器空間旋轉運動的許多相關課題提供了可能。
未來，科學家計劃開發一個真正的航天系統，以清除所需方向軌道上的太空垃圾。
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