● 摘要
空间系绳交会对接问题不同于传统的轨道交会和轨道拦截。由于空间绳系系统主星与子星轨道高度不同，但二者又具有相同的轨道角速度，这造成交会时绳端捕获装置（子星）与有效载荷的速度不同，进而致使捕获装置和有效载荷非常接近的交会窗口非常短，捕获很困难。但与传统航天器的交会对接相比，利用空间系绳进行交会对接可节省大量燃料，降低成本，在一定程度上可提高安全性和可靠性，并在很多情况下可重复使用，因此有较高的应用价值。本论文研究空间系绳的交会对接以及在空间中的应用，主要做以下四方面研究。第一部分内容为空间系绳技术的基础理论与工程应用，包括：（1）空间系绳构型与组成部分；（2）应用的理论基础；（3）系绳伸展与回收技术；（4）系绳材料结构与其他参数的确定；（5）电动系绳的应用原理。第二部分内容为系绳交会对接的空间应用，包括：（1）为空间站等大型建筑提供供给和维修；（2）低轨道空间碎片回收和离轨；（3）地球同步轨道碎片离轨；（4）航天器轨道转移。第三部分内容系绳交会对接的原理与一般技术，包括：（1）交会对接的要求；（2）系绳交会控制；（3）空间系绳结构设计；（4）与R-bar和V-bar交会对接的比较。第四部分内容为平面内系绳交会对接的关键技术，包括：（1）目标航天器与追踪航天器的轨道选择；（2）主星对绳端捕获装置的控制；（3）系绳交会对接捕获窗口的延长；（4）模拟算例。本文重点研究了一种新的加推力器的控制方法，将其应用到二维的以空间站为主星的空间系绳中，对捕获前系绳的摆动进行控制。从模拟结果看，此方法能够达到控制目标要求，为成功实现交会对接提供良好条件和保障。