孔宪仁，徐大富，杨正贤，王本利

(哈尔滨工业大学 卫星技术研究所，哈尔滨 150001)

空间绳系系统自由展开建模与仿真

孔宪仁，徐大富，杨正贤，王本利

(哈尔滨工业大学 卫星技术研究所，哈尔滨 150001)

运用Hamilton原理建立了空间绳系展开动力学模型，研究绳系展开过程中绕线盘出线、系绳振动以及末端质量的运动规律，并利用中心差分法、四阶Runge－Kutta和预估校正法等数值方法对绳系的自由展开过程进行仿真，仿真结果显示该模型可以较精确描述绳系系统在展开过程中的复杂非线性动力学行为，绳系自由展开不能满足稳定展开的要求，仿真数据可以为后续的绳系展开控制提供参考依据。

空间绳系展开;动力学模型;自由展开;中心差分法;非线性动力学

空间绳系系统是指利用柔性系绳将两个或两个以上的航天器连接在一起所构成的空间飞行系统。绳系连接的航天器可以是小型的探测器、卫星、飞船、航天飞机、空间站等等，甚至可以是废弃的运载火箭上面级。空间绳系系统具有广阔的潜在应用前景，文献中所涉及的应用［1－15］主要有:航天器轨道转移与升降、绳系星座与编队、电动力绳系离轨、绳系交会、绳系人造重力、空间站轨道保持、绳系推进的行星际航行、绳系太阳帆等等。

对于空间绳系系统，系绳的顺利展开是完成空间任务的先决条件，1996年的 TSS－1R和1998年的ATEx两次空间绳系实验都因为绳系展开故障而导致整个计划失败。绳系展开的动力学使用不同方法和模型进行描述，文献［16，17］中绳系作为无质量的刚体，不考虑系绳所受的重力、惯性力和张力，这个模型是最简单最基本的模型，可用来研究两个质点用定长的系绳连接后在重力和惯性力下的运动情况。……