Пекинского технологического института Press Co.
Модель трехкорпусной привязной спутниковой системы цепного типа. Авторы и права: Космос: наука и технологии.
В последнее время привязная спутниковая система (TSS) стала использоваться для наблюдения Земли, космической интерферометрии и других космических миссий из-за ее потенциальных преимуществ. Привязная система TSAR (томографический радар с синтезированной апертурой) представляет собой группу привязных спутников SAR, которые могут быть быстро развернуты и обеспечивают стабильную базовую линию для трехмерного топографического картографирования и обнаружения движущихся целей.
Успешное развертывание имеет решающее значение для привязанных систем TSAR.
За прошедшие годы было предложено несколько методов управления, включая длину, скорость длины, натяжение и управление тягой. Среди них регулировка натяжения является жизнеспособным, но сложным подходом из-за сильной нелинейности троса и его недостаточно активных свойств.
Текущие схемы развертывания привязных устройств сосредоточены на двухчастичном TSS, уделяя мало внимания мульти-TSS. В исследовательской статье, недавно опубликованной в журнале Space: Science & Technology, исследовательская группа под руководством Чжунцзе Мэн из Северо-Западного политехнического университета разработала новую стратегию развертывания трехкорпусной привязанной спутниковой системы цепного типа на эллиптической орбите с низким эксцентриситетом.
Сначала авторы устанавливают модель движения трехчастичной ТСС цепного типа на малоэксцентричной эллиптической орбите. Сделаны два предположения: (а) тросы безмассовые; (б) рассматривается только плоское движение. Предлагаемая модель состоит из трех точечных масс (m1, m2 и m3) и двух безмассовых привязей (L1 и L2).
Орбита m1 определяется ее орбитальным геоцентрическим расстоянием r и истинной аномалией α; положение m2 относительно m1 определяется тросом L1 и углом либрации в плоскости θ1; положение m3 относительно m2 определяется L2 и θ2.
Схема структуры управления развертыванием. Авторы и права: Космос: наука и технологии.
Динамическая модель ТСС трех тел получена с использованием лагранжевой формулировки, а уравнения движения выражаются в форме Эйлера – Лагранжа как M(q)q̈ + C(q,q̇)q̇ + G(q) = Q с обобщенными координатами. q = (r, α, θ1, θ2, L1, L2)T.
Поскольку модель ТСС в является типичной недосработанной системой, обобщенные координаты разлагаются на две части: векторы сработавшей конфигурации (qa = (L1, L2)T) и векторы несрабатываемой конфигурации (qua = (r, α, θ1) , θ2)T).
Затем авторы представляют новую схему развертывания TSS цепного типа с тремя телами. Чтобы избежать столкновений, используется стратегия последовательного развертывания, при которой спутники выбрасываются один за другим; этот метод напрямую использует методы развертывания системы из двух тел; Теорема Пуанкаре о возврате, устойчивость по Пуассону и условие ранга алгебры Ли (LARC) используются для анализа управляемости недосработанной системы TSS.
Сочетание экспоненциального и единообразного закона развертывания дает простую и эффективную схему развертывания, обеспечивающую необходимую эталонную траекторию для развертывания спутников. В процессе развертывания должно быть гарантировано положительное натяжение за счет характерного троса, а во избежание разрыва троса натяжение не должно превышать заданных границ.
Процесс развертывания можно упростить до неактивного управления с ограниченными управляющими входами. Чтобы устранить это ограничение, был разработан иерархический контроллер скользящего режима (HSMC) для точного отслеживания траектории. В контроллере введена вспомогательная система для смягчения входного насыщения, вызванного ограничением натяжения троса. Создана трехслойная поверхность скольжения для всего ТСС. Наблюдатель возмущений (DO) вводится для оценки сигнала второй производной q̈.
Интеграл ошибки и напряжения в схемах 2 и 3. Фото: Space: Science & Technology.
Неопределенность поверхности скольжения и ее производная по времени для орбитального движения (r,α) оцениваются с помощью робастного дифференциатора на основе режима скольжения.
Наконец, авторы представляют численное моделирование и делают выводы. Для проверки эффективности предложенной схемы развертывания (обозначенной как Схема 3) для сравнения используются две альтернативные схемы развертывания. На схеме 1 система рассматривается как 2 независимых 2-тела, в которых длина троса L2 остается постоянной, а регулируется только натяжение Т1. На схеме 2 система рассматривается как два 2-тела, но связью между соседними тростями пренебрегают.
То есть трос L1 влияет только на угол θ1, а L2 влияет только на θ2. В схемах 1 и 2 принят контроллер развертывания, описанный в литературе. Результаты показывают, что ошибка развертывания троса и угол либрации асимптотически сходятся к нулю за 3 ч (чуть больше одного орбитального периода) по схеме 3, а ошибка развертывания по схемам 1 и 2 существенно больше, чем по предложенной схеме 3. .
Сравнение проводится между схемами 2 и 3 на основе учета ошибки слежения и натяжения троса. По сравнению со схемой 2, предлагаемый HSMC явно учитывает пару TSS из трех тел, что приводит к более быстрому и точному развертыванию троса с меньшим углом в плоскости, что дополнительно показывает, что в рамках предложенной схемы достигается значительно улучшенный процесс развертывания. и подтверждает эффективность предложенной схемы развертывания.
Информация от: Пекинским технологическим институтом Press Co.
