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第1章 空间绳系系统综述 1

1.1 空间绳系系统的应用 1

1.1.1 基于空间站的人工重力产生 1

1.1.2 基于旋转空间绳系系统的轨道提升 3

1.1.3 空间滚梯 5

1.1.4 空间电梯 6

1.1.5 星际转移 7

1.1.6 地月运输通道 8

1.1.7 载荷的入轨／离轨 10

1.1.8 航天器入轨 11

1.1.9 空间站轨道提升 12

1.1.10 无燃料消耗轨道机动 13

1.1.11 高层大气研究 14

1.1.12 在轨航天器重力稳定 15

1.1.13 导电系绳发电 16

1.1.14 基于电动力的轨道修正 17

1.1.15 基于电动系绳的轨道高度维持 17

1.1.16 基于电动力绳系的空间碎片离轨 18

1.1.17 空间环 18

1.1.18 基于系绳的辅助结构 19

1.1.19 空间叉 19

1.2 空间系绳试验回顾 21

1.2.1 双子座任务 22

1.2.2 绳系载荷试验（TPE，CHARGE-1，CHARGE-2） 23

1.2.3 电离层等离子体电场分布测量（OEDIPUS-A/C） 24

1.2.4 合作式高空火箭炮试验-2B（CHARGE-2B） 24

1.2.5 绳系卫星系统（TSS-1） 25

1.2.6 小型可扩展的展开系统（SEDS-1） 25

1.2.7 等离子电动发动机（PMG） 25

1.2.8 小型可扩展的展开系统-2（SEDS-2） 26

1.2.9 绳系卫星系统-1R（TSS-1R） 26

1.2.10 系绳物理学与生存能力（TiPS） 26

1.2.11 先进系绳试验（ATEx） 27

1.2.12 DAPRA皮卫星试验 27

1.2.13 青年工程师卫星2（YES2） 27

1.2.14 空间系绳试验（T-REX） 28

1.2.15 未完成的试验（YES1和ProSEDS） 28

1.3 系绳材料 29

1.4 空间绳系动力学研究：问题阐述 31

1.4.1 评论和专著 31

1.4.2 空间绳系系统的数学模型和验证 32

1.4.3 系绳系统运动模式 34

1.4.4 绳系系统稳定性 36

1.4.5 绳系系统的控制 37

1.4.6 空间绳系系统的起旋 39

1.4.7 绳系系统的生存能力 40

1.4.8 面临的挑战和薄弱研究环节 40

1.5 参考文献 41

第2章 空间绳系系统的数学模型 49

2.1 无质量系绳连接两质点的系统简化模型 49

2.1.1 开普勒轨道上绳系航天器模型 50

2.1.2 航天器及子星在速度坐标系中的平面运动 52

2.2 有质量系绳连接两质点的系统简化模型 55

2.3 有质量柔性系绳的系统模型 60

2.4 柔性系绳连接质点和刚性端体的系统模型 62

2.4.1 基于拉格朗日方法的模型展开 62

2.4.2 展开绳系系统的拉格朗日方程 68

2.4.3 系绳弹性对系统运动的影响 72

2.5 有质量有弹性珠点系绳连接两刚体的系统模型 76

2.5.1 引入珠点模型的依据 76

2.5.2 系绳所受大气阻力 77

2.5.3 系绳珠点模型中质点的运动方程 81

2.5.4 端体运动方程 84

2.5.5 系绳展开算法的奇异性 90

2.6 参考文献 91

第3章 带绳系载荷航天器的运动 93

3.1 带绳系载荷航天器的数学模型 93

3.2 参数缓慢变化情况下的解析解 98

3.3 幅度相位变化的近似解析解 102

3.4 小振荡解析解 105

3.5 航天器的微加速度估计 108

3.6 带推进系统航天器的运动 111

3.7 圆轨道垂直展开弹性绳航天器相对质心的运动 112

3.8 参考文献 117

第4章 基于空间系绳的载荷回收 118

4.1 系绳展开方案 118

4.2 YES2项目 120

4.3 YES2系绳展开建模 124

4.4 系绳展开过程中的异常情况 128

4.4.1 载荷分离时卫星姿态指向异常 128

4.4.2 系绳卡死 132

4.4.3 卫星姿控系统故障 133

4.4.4 系绳意外切断 134

4.5 参考文献 139

第5章 绳系系统混沌运动分析 140

5.1 混沌力学的要素 141

5.1.1 Melnikov函数 141

5.1.2 Poincaré映射 145

5.2 绳系系统动力学中的混沌现象 148

5.2.1 椭圆轨道绳系系统的混沌振荡 148

5.2.2 双调和系统的混沌现象 154

5.2.3 带铅垂方向弹性系绳航天器的振荡 167

5.2.4 抑制铅垂系绳航天器混沌运动发生的推力器参数选择 173

5.3 参考文献 177

结论 178