太空垃圾捕获过程动力学精细化建模及其仿真研究

One of the key technical problems to capture space debris is the effectiveness of space debris capture dynamic processes. Refinement modeling and simulation for space debris capture dynamic processes has been widely studied in the aerospace field. The project uses time domain identification, differential geometry theory and so on, deeply studies the tethered capture system modeling theory, in order to solve the tethered capture process dynamic modeling problem, and does many simulation experimental study. Research contents include:①adopting time-domain identification algorithms to study and propose the method of refinement modeling and simulation for space debris capture dynamic processes; ②use of differential geometry curve theory to establish the spatial and temporal mapping relation of inter-scale dynamic capture area. Researching a new soft-touch tethered capture process dynamics model with fault-tolerant and building guidance envelope model. ③building an adaptive controller which can adapt to circumstance of parameters unknown and interference uncertainty through the introduction of sliding mode control and time-scale separation theory, combined with the on-line identification.④use of parallel computing and Monte-Carlo simulation to do computer simulation research for the proposed modeling algorithm, and evaluate model accuracy and effectiveness of the method. Expected results will enrich and expand the space debris collection system modeling theory, and establish the theoretical basis for the development of space debris collection system.

太空垃圾捕获过程动力学模型的有效性是捕获太空垃圾的关键技术课题之一。绳系捕获过程动力学建模及精细化方法，已得到航天领域的广泛研究。本项目借助于时域辨识、微分几何等理论和方法，深入研究绳系捕获系统的建模理论，以解决绳系捕获过程动力学的模型化问题，并进行大量的仿真试验研究。主要内容包括：①采用时域辨识算法，研究和提出捕获过程动力学建模及精细化方法；②利用微分几何曲线原理，建立跨尺度动态捕获区域的时空映射关系。研究一种新的具有容错能力的空间绳系捕捉系统的软接触捕获动力学模型，并建立引导包络模型；③通过引入滑模控制和时间尺度分离理论，结合在线辨识构建能够适应参数不确知和干扰不确定情形的自适应控制器；④利用并行计算技术和Monte-Carlo 试验，对提出的建模算法进行计算机仿真研究，评价模型精度和方法的有效性。预期成果将丰富和拓展太空垃圾捕获动力学建模理论，为研制太空垃圾回收系统奠定理论基础。

太空垃圾微重力条件下捕获过程动力学模型的有效性是捕获太空垃圾的关键技术问题之一。本课题研究绳系捕获过程动力学建模及精细化方法，并利用数值仿真进行试验研究，为所提出方法的应用作前期准备。研究内容包括：①采用时域辨识算法，研究和提出了捕获过程动力学建模及精细化方法；②利用微分几何曲线原理，建立跨尺度动态捕获区域的时空映射关系。研究一种新的具有容错能力的空间绳系捕捉系统的软接触捕获动力学模型，并建立了引导包络模型；③通过引入滑模控制和时间尺度分离理论，结合在线辨识构建了能够适应参数不确知和干扰不确定情形的自适应低阶鲁棒控制器；④利用数值仿真技术，评价模型精度和方法的有效性。其目标是研究和建立绳系捕获系统的建模理论，并进行仿真试验研究，以解决绳系捕获过程动力学的模型化问题。成果将丰富和拓展太空垃圾回收系统建模理论，为研制太空垃圾回收系统奠定理论基础。在国内外重要刊物发表高质量论文15篇，其中SCI检索论文5篇.参加国内外学术交流会议2-4次。结合本项目的实施，培养硕士研究生4名。