基于RNCF的日心悬浮轨道下电动帆建模研究

【作者】 赵策； 霍明英； 齐乃明； 齐骥； 王有峰； 林桐； 赵钧；

【机构】 哈尔滨工业大学航天学院； 上海航天控制技术研究所；

【摘要】 电动帆是一种近年来兴起的具有无限大比冲的推进方式,组成电动帆的金属链通过与太阳风中的带点粒子动量交换产生推力,从而驱动航天器完成各个深空探测任务。与太阳帆相比,在距太阳相同距离的轨道上,电动帆可以产生更大的推力,因此进一步拓展了各种非开普勒轨道的任务,例如日心悬浮轨道任务,太阳系外探测等任务。相对节点坐标法(referencednodalcoordinateformulation,RNCF)是一种基于绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)提出的柔性体建模计算方法,是应用于非惯性参考系下的方法,并且RNCF的计算成本要比相应的ANCF的计算成本低得多。为了更全面和准确地描述电动帆航天器的姿态运动,本文采用RNCF对电动帆进行建模,同时为了满足日心悬浮轨道的运行要求,使用电动帆提供连续小推力,由于恒定的小推力是无法使得帆类航天器处于悬浮轨道的,因此通过改变各条金属链上的电压值改变电动帆的整体推力状态,控制电动帆的运行姿态,从而解决太阳悬浮轨道的保持问题。分别通过ANCF和RNCF对日心悬浮轨道下运行的电动帆进行仿真计算,建立柔性电动帆模型,并将ANCF和RNCF以及刚体模型下的结果进行对比分析。结果表明,与刚体模型相比,柔性建模结果在自旋角速度较大时结果相似,但角速度较小时结果有差距;而ANCF与RNCF建模结果相似度很高,但RNCF计算效率显著提高。更多还原