绳系卫星系统动力学

本书首先介绍了空间绳系系统的概念和应用，空间绳系系统动力学数学模型，值得注意的是从实际应用角度出发，提出了空间系绳系统多点模型；然后在考虑系绳张力情况下，讲述了主航天器相对于质心的运动，原创性地提出了系统平面运动的近似解析解，同时对微加速度进行了在轨估计；着重描述了基于绳系的有效载荷离轨传输方法，在空间系绳系统多点模型基础上，完成了yes2试验，同时对各种异常情况进行了分析，另外，还探索了空间绳系系统的混沌运动。

Vladimir Stepanovich Aslanov教授，1972年毕业于古比雪夫航空研究所(KuAI)，两年后进入古比雪夫研究所研究生院，1977年获得副博士学位，随后在1978-1982期间作为助理教授在KuAI工作。自1989年开始，Aslanov教授开始担任萨马拉航空航天大学理论力学系主任，并于1990年在莫斯科航空研究所完成了其博士论文“大气中刚性航天器的运动情况”的答辩。
亚历山大·列德科夫，博士，在本科学习期间就在Aslanov教授的指导下开展研究工作。2000年，由于其探索“联盟号”一级舱段保留可行性的工作，被授予了俄罗斯国家“空间2000”学生会议一等奖。2006年Ledkov获得萨马拉航空航天大学机械工程硕士学位。后续副博士论文主要针对稀薄大气中无控航天器的运动展开研究，并在2009年完成了论文答辩。Ledkov博士目前主要研究航天器在大气层降落过程中的共振和混沌运动及其消除方法。获得博士学位后，Ledkov成为萨马拉航空航天大学理论力学系的一名副教授。主要讲授空间绳系系统动力学、技术和编程语言、集成数学工具包、非线性过程和现象动力学。2007年Ledkov博士获得萨马拉地区“很很好青年专家”提名，2009年在萨马拉航空航天大学青年教师竞赛中胜出。 自2006开始，Ledkov博士加入了Aslanov教授的团队，致力于空间绳系系统动力学，开始了YES2的研究工作。主要侧重于建立适用于空间绳系系统的多点模型并分析其潜在的异常情况。与Aslanov教授合作开发了名为TetherCalc的软件包，可在系绳柔性、有质量且长度可变情况下，模拟柔性空间绳系系统的运动。目前，空间绳系系统已经成为Ledkov博士的基础核心研究领域。

第1章 空间绳系系统综述
1.1 空间绳系系统的应用
1.1.1 基于空间站的人工重力产生
1.1.2 基于旋转空间绳系系统的轨道提升
1.1.3 空间滚梯
1.1.4 空间电梯
1.1.5 星际转移
1.1.6 地月运输通道
1.1.7 载荷的入轨/离轨
1.1.8 航天器入轨
1.1.9 空间站轨道提升
1.1.10 无燃料消耗轨道机动
1.1.11 高层大气研究
1.1.12 在轨航天器重力稳定
1.1.13 导电系绳发电
1.1.14 基于电动力的轨道修正
1.1.15 基于电动系绳的轨道高度维持
1.1.16 基于电动力绳系的空间碎片离轨
1.1.17 空间环
1.1.18 基于系绳的辅助结构
1.1.19 空间叉
1.2 空间系绳试验回顾
1.2.1 双子座任务
1.2.2 绳系载荷试验（TPE，CHARGE-1，CHARGE-2）
1.2.3 电离层等离子体电场分布测量（OEDIPUS-A／C）
1.2.4 合作式高空火箭炮试验-2B（CHARGE-2B）
1.2.5 绳系卫星系统（TSS-1）
1.2.6 小型可扩展的展开系统（SEDS-1）
1.2.7 等离子电动发动机（PMG）
1.2.8 小型可扩展的展开系统-2（SEDS-2）
1.2.9 绳系卫星系统-1R（tSS-1R）
1.2.10 系绳物理学与生存能力（TiPS）
1.2.11 优选系绳试验（ATEX）
1.2.12 DAPRA皮卫星试验
1.2.13 青年工程师卫星2（YES2）
1.2.14 空间系绳试验（T-REX）
1.2.15 未完成的试验（YES1和PmSEDs）
1.3 系绳材料
1.4 空间绳系动力学研究：问题阐述
1.4.1 评论和专著
1.4.2 空间绳系系统的数学模型和验证
1.4.3 系绳系统运动模式
1.4.4 绳系系统稳定性
1.4.5 绳系系统的控制
1.4.6 空间绳系系统的起旋
1.4.7 绳系系统的生存能力
1.4.8 面临的挑战和薄弱研究环节
1.5 参考文献
第2章 空间绳系系统的数学模型
2.1 无质量系绳连接两质点的系统简化模型
2.1.1 开普勒轨道上绳系航天器模型
2.1.2 航天器及子星在速度坐标系中的平面运动
2.2 有质量系绳连接两质点的系统简化模型
2.3 有质量柔性系绳的系统模型
2.4 柔性系绳连接质点和刚性端体的系统模型
2.4.1 基于拉格朗日方法的模型展开
2.4.2 展开绳系系统的拉格朗日方程
2.4.3 系绳弹性对系统运动的影响
2.5 有质量有弹性珠点系绳连接两刚体的系统模型
2.5.1 引入珠点模型的依据
2.5.2 系绳所受大气阻力
2.5.3 系绳珠点模型中质点的运动方程
2.5.4 端体运动方程
2.5.5 系绳展卉算法的奇异性
2.6 参考文献
第3章 带绳系载荷航天器的运动
3.1 带绳系载荷航天器的数学模型
3.2 参数缓慢变化情况下的解析解
3.3 幅度相位变化的近似解析解
3.4 小振荡解析解
3.5 航天器的微加速度估计
3.6 带推进系统航天器的运动
3.7 圆轨道垂直展开弹性绳航天器相对质心的运动
3.8 参考文献
第4章 基于空间系绳的载荷回收
4.1 系绳展开方案
4.2 YES2项目
4.3 YES2系绳展开建模
4.4 系绳展开过程中的异常情况
4.4.1 载荷分离时卫星姿态指向异常
4.4.2 系绳卡死
4.4.3 卫星姿控系统故障
4.4.4 系绳意外切断
4.5 参考文献
第5章 绳系系统混沌运动分析
5.1 混沌力学的要素
5.1.1 Melnikov函数
5.1.2 Poincar6映射
5.2 绳系系统动力学中的混沌现象
5.2.1 椭圆轨道绳系系统的混沌振荡
5.2.2 双调和系统的混沌现象
5.2.3 带铅垂方向弹性系绳航天器的振荡
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
5.3 参考文献
结论