甄 明，杨乐平，张青斌

基于附加约束方法的空间飞网碰撞动力学与仿真

甄 明，杨乐平，张青斌

（国防科技大学航天科学与工程学院，长沙410073）

针对空间飞网捕获目标时的碰撞问题，基于向量式有限元离散方法，采用Kelvin⁃Voigt绳段模型，引入附加约束方法，对飞网捕获碰撞过程进行了动力学建模和仿真，分析了飞网在捕获碰撞阶段的位形变化、能量变化、碰撞力和绳段张力变化。结果表明，空间飞网的位形、能量和对角线绳段内力在碰撞过程中都会发生显著变化。可为空间飞网系统的设计提供一定的借鉴。

空间飞网；碰撞捕过程；附加约束法；动力学模型

1 引言

随着人类空间活动的不断探索和发展，大量空间碎片散布于地球轨道［1］，空间碎片的急剧增加导致更多的碎片碰撞事故，造成空间飞行器结构破坏、脱离轨道等破坏效应［2］。对此，众多学者提出了机械臂［3］、空间飞叉技术［4］和空间飞爪［5］等措施对空间碎片进行捕获和离轨，但以上方法需要较高的控制精度，且在捕获过程中伴有刚性碰撞，可能产生二次垃圾。后来，欧空局提出了一种空间飞网捕获方法［6］，空间飞网捕获较好地避免了刚性碰撞，具有容错性强、降低捕获精度要求、质量轻、占用空间小、成本低等诸多优势，因此受到了广泛关注和研究。

空间飞网捕获可分为捕获阶段和离轨阶段，其中，捕获阶段可分为拉出展开过程和碰撞包裹过程。陈钦等［7⁃8］建立了空间飞网系统的刚柔耦合动力学模型，对飞网拉出展开进行了初步研究，并通过地面抛射试验进行检验。……