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利用重力梯度力矩来稳定航天器空间姿态的技术。绕地球运行的航天器各部分质量所受到的不相等引力等因素所产生的力矩称为重力梯度力矩。重力梯度稳定系统能使航天器的纵轴指向地心。重力梯度稳定技术在60年代得到了广泛应用,特别是用于导航卫星。图1是一颗具有铰链式伸展杆的重力梯度稳定卫星。
重力梯度稳定系统主要由伸展结构(重力杆)和阻尼器组成。伸展结构是一根或数根在末端带有质量的可伸展的杆。航天器入轨后伸出重力杆,可使航天器各轴转动惯量之差达到几十倍甚至百倍以上。重力梯度力矩的大小除与轨道高度和形状有关外,还与航天器各轴转动惯量之差有关。各轴转动惯量差别越大,姿态稳定越好。最小惯量轴稳定在当地铅垂线方向,最大惯量轴稳定在轨道平面的法线(俯仰轴)方向。这个状态就是重力梯度卫星的稳定的平衡姿态。
重力梯度力矩虽然可以稳定航天器的姿态,但是它会使航天器像一个单摆那样绕最大惯量轴不停地摆动。这种周期性的摆动称为天平动。为了提高指向精度,必须对天平动进行阻尼。通常采用不需要外部能源的被动天平动阻尼器。这种阻尼器利用航天器在摆动时所产生的诸如机械滞后、磁滞、涡流、粘性摩擦等作用来消耗摆动的动量,以达到阻尼的目的。
重力梯度力矩很小,在设计重力梯度稳定的航天器时,应该消除和限制其他扰动力矩源。重力梯度稳定卫星的最佳轨道高度约为1000公里,而且要求采用圆轨道或者偏心率很小的轨道。
重力梯度稳定的优点是不消耗能量,系统结构简单、经济、可靠,适合于长期运行,然而指向精度较低,一般只能达到1°~5°。
重力梯度姿态稳定的原理也适用于绕其他天体运行的人造卫星。例如1973年发射的“射电天文探险者”2号就是一颗绕月球轨道运行的重力梯度稳定卫星。
现代单纯采用重力梯度稳定的航天器已经不多,主要原因是指向精度不高。提高伸展结构的刚度和直度是提高重力梯度稳定卫星指向精度的主要途径。重力梯度力矩几乎对所有的卫星都有影响,若不把它用作稳定力矩,就必然成为扰动力矩。
利用重力梯度力矩来稳定航天器空间姿态的技术。绕地球运行的航天器各部分质量所受到的不相等引力等因素所产生的力矩称为重力梯度力矩。重力梯度稳定系统能使航天器的纵轴指向地心。重力梯度稳定技术在60年代得到了广泛应用,特别是用于导航卫星。图1是一颗具有铰链式伸展杆的重力梯度稳定卫星。
压力梯度指沿流体流动方向,单位路程长度上的压力变化,单位深度常用值为 100 m。压力梯度指沿流体流动方向,单位路程长度上的压力变化。可用增量形式△P/△L或微分形式dP/dL表示,式中P为压力;L为...
启动压力梯度是指:流体在低渗透油藏中渗流时必须有一个附加的压力梯度克服岩石表面吸附膜或水化膜引起的阻力才能流动,该附加压力梯度称为启动压力梯度。渗流流体由体相流体和边界流体两部分组成。体相流体是指其性...
1、水力梯度:沿渗透途径水头损失与渗透途径长度的比值;2、起始水力梯度:为了克服薄膜水的抗剪强度(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力),使之发生流动所必须具有的临界水力梯度;3、从水力梯度的定义可以知道,...
基于剖面密度梯度(VDP)技术的意杨板材剖面密实梯度
以12mm厚意杨Populus deltoids板材为试材,在1MPa,100℃和2~5min条件下,实施横向热压密实试验,采用剖面密度梯度(VDP)测试仪获取了密实后速生杨木锯材的断面密度分布,并利用建立的"密度-压缩率"转换公式,转换为压缩率数据,从而实现了木材断面压缩率的准连续定量和定位。结果表明:①VDP技术可以准确定量密实后木材各厚度微层的压缩率;②意杨木材断面压缩率分布与剖面密度梯度类似,呈现表高芯低的宽"V"形;在试验工艺条件下,表层约50%厚度受到不同程度的压缩,最大压缩率达到34%~37%,而芯层未受到显著压缩。
考虑起始水力梯度时双层地基的一维固结
考虑起始水力梯度时双层地基的一维固结——文章针对双层饱和粘土地基,建立了考虑起始水力梯度的一维固结方程,并用有限差分法求解。计算结果表明,只要起始水力梯度大于零,地基的固结速率就慢于Terzaghi固结理论,而且当主固结完成时,土层中存在一定的残余孔...
零漂改正是指为了克服传统陆地重力梯度测量方法的不足,提出了利用两台或多台具有电子读数的相对重力仪测量重力梯度的同步观测方法和相应的数据处理模型,该方法无需进行固体潮改正和零漂改正而直接求解重力差,垂直重力梯度实验结果验证了该方法的有效性。
重力梯度是重力位的二阶导数,反映了地球重力场在全空间的变化率和水准面的曲率,具有比重力本身更高的分辨率,能够更好地反映场源体的细节和探测地下物质的分布及界面起伏等。重力垂直梯度是重力梯度张量中最重要的分量,主要应用于反演近地表异常物体、推求地球内部重力。
空间太阳能电站是解决未来能源、环境和空间安全问题的重要途径,其千米量级尺寸的“超大”和“高柔性”特征给在轨动力学和控制带来了新问题、新特性和新挑战。本项目以此为背景开展超大柔性空间结构在轨动力学建模、计算、响应特性分析和振动控制研究。首先充分考虑重力梯度、太阳光压和热辐射等环境干扰、轨道偏心率和结构大变形的影响,基于Lagrange变分原理分层次地建立起体现力学结构基本特征的“柱、梁、板、壳”等超大柔性空间结构的在轨动力学模型;然后基于变分积分法构造高精度保辛数值算法,研究超大柔性空间结构在轨动力学响应新特性以及结构振动、姿态运动和轨道运动的耦合机理;最后根据响应特性和结构特点发展时变参数的在线估计方法,设计超大柔性空间结构振动的自适应鲁棒H∞控制系统。本项目的实施将为超大柔性空间结构在轨动力学和控制建立新模型、发展新方法、揭示新特性,为我国空间太阳能电站技术提供必要的技术储备和支撑。
航天器低频微幅振动是影响空间高分辨率对地成像、重力梯度测量以及空间微重力试验的首要因素。受作用机理限制,被动及接触式主动控制方法已被证实无法实现对此类微振动的有效隔离,基于磁悬浮原理的非接触隔振技术成为解决该问题的优选。本项目针对国内外对空间微振动磁浮隔离系统设计方法、多源扰动行为和高保真动力学建模等研究不足的现状,通过建立隔振系统设计方法体系,探索全参数非线性动力学建模、多闭环控制策略和微振动地面模拟方法,突破空间环境下磁悬浮多维隔振系统的机-电-磁-热耦合设计、磁悬浮微振动隔离系统的多源扰动力学行为及机理等关键科学问题,将主动控制后的0.1-100Hz空间微振动幅值降低至10μg水平。本项目取得的成果将推动我国空间微振动主动隔振技术的发展,为其在航天工程中的应用提供理论基础和技术支撑。