空间质能交换及在轨对地攻击技术研究

论文摘要

目前,空间技术的应用优势越来越显著,空间对抗在所难免,研究空间对抗相关技术,对于在未来军事斗争中争取主动,维护世界和平有着重要意义。空间对地定点攻击是空间对抗的一种重要模式,其相关理论与技术涉及一些前沿方面的问题。本文以空间对地定点攻击为背景,具体研究空间对地定点攻击中所涉及到的相关理论与空间技术。主要有:其一,在轨分离与补偿,如天基导弹、以及空间平台的燃料补充等等,存在空间质能交换理论以及在轨优化分离与在轨优化补偿等技术;其二,在轨对地定点攻击,存在优化变轨与优化制导等技术。为此,本文从两方面来研究,具体如下:第一,主要讨论空间质能交换概念与其基本规律,以及一些典型空间质能交换模式的相关技术,具体如下:1)详细定义了空间质能交换概念及其分类,归纳了不同类型的空间质能交换的特征与基本特性。对质能交换所遵循的动力学规律进行分析,得出了不同质能交换类型的动量定理与角动量定理。同时建立了质量变化、质量不变但发生流动、能量变化等几种典型的连续空间质能交换的动力学模型以及质量突变、能量突变等几种典型的离散质能交换的动力学模型;2)对空间质能交换的的影响进行了归纳,把其影响分为两类:力的效应与质量效应,并且对此进行了定义。同时,分别针对不同的空间质能交换类型,对其力学效应与质量效应的影响进行了详细分析;3)讨论了在轨分离与在轨补偿两种典型在轨对地攻击任务的空间质能交换模式,并且对其相关技术进行探讨:其一,对于在轨分离而言,分析了对平台的分离影响与平台防撞的限制条件,并以此作为约束条件研究了基于进化算法的空间在轨优化分离技术;其二,对于在轨补偿而言,分别研究了:①空间交会测量中自主测量技术--利用GPS的载波相位精密测量技术,并重点讨论了基于空间约束的整周模糊数求解关键技术;②空间交会对接中基于螺旋伴飞式的协同交会控制技术;③在轨优化补偿方面的问题;4)由于空间质能交换对空间平台的质心与姿态运动产生一定影响,以及在轨对地攻击对空间平台姿态机动有一定的要求,因此,本文详细分析了轨道保持控制技术,以及姿态机动与保持的解耦控制技术。第二,主要研究一些与定点攻击相关的技术,具体如下:1)分析了在轨对地定点攻击的几种模式及特点。根据轨道力学原理以及分离对轨道的影响,讨论了空间轨道上对地攻击的覆盖问题,并对远地点单脉冲变轨与一般单脉冲变轨的变轨窗口及基于进化算法的优化变轨技术进行了重点研究;2)由于在轨对地定点攻击过程地球扁率对轨道有一定的影响,本文在详细分析地球扁率的影响的同时,研究了基于仿真的优化理论消除地球扁率的影响的制导方法,并且进行了论证。本文主要研究在轨对地定点攻击这一具体的空间任务所涉及的理论与技术,并且在空间质能交换特别是空间质量流动问题属于率先研究。在一些相关技术研究上本文侧重一些新方法的探讨。本文的研究对今后的空间运输、空间分离、空间补偿,以及对地定点攻击将有极其重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 空间对抗的意义及其发展现状
• 1.1.2 空间对抗及其空间武器系统概述
• 1.1.3 在轨对地攻击模式描述
• 1.1.4 在轨攻击涉及的相关学术问题与相关技术
• 1.2 相关空间技术研究现状
• 1.2.1 空间变质量/变能量动力学现状分析
• 1.2.2 空间交会对接研究现状分析
• 1.2.3 其他相关技术研究现状分析
• 1.3 本文研究的内容
• 1.3.1 本文研究对象及范围
• 1.3.2 本文研究的内容
• 1.4 本文的创新点
• 上篇 空间质能交换及其相关技术
• 第二章 空间质能交换概念
• 2.1 空间质能交换概念
• 2.2 空间质能交换类型
• 2.3 空间质能交换所遵循的动力学规律
• 2.3.1 质量交换力学概念
• 2.3.2 能量交换力学概念
• 2.4 本章小结
• 第三章 空间质能交换动力学模型
• 3.1 基本概念
• 3.1.1 基本假设与基本定义
• 3.1.2 变质量体质心运动方程
• 3.1.3 变质量体角动量方程
• 3.1.4 变质量体相对质心体系的一般动力学方程
• 3.2 空间平台内流体质量连续变化动力学模型
• 3.2.1 基本假设与常用坐标系
• 3.2.2 质心运动模型
• 3.2.3 绕质心运动模型
• 3.3 空间平台内质量流动动力学模型
• 3.3.1 基本假设与常用坐标系
• 3.3.2 流体在输道管未充满时的动力学模型
• 3.3.3 流体在输道管充满后的动力学模型
• 3.4 离散变质量动力学模型
• 3.5 纯能量交换动力学模型
• 3.5.1 质量粒子反射型动力学模型
• 3.5.2 高能照射型动力学模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 空间质能交换影响分析
• 4.1 质能交换对空间平台产生的力的效应分析
• 4.2 质能交换引起空间平台的质量效应分析
• 4.2.1 质量效应对质心运动的影响分析
• 4.2.2 质量效应对绕质心运动的影响分析
• 4.3 质能交换对空间系统影响算例仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 在轨对地攻击质能交换模式及其相关技术
• 5.1 在轨对地攻击质能交换模式
• 5.2 在轨分离技术
• 5.2.1 在轨分离方式
• 5.2.2 分离运动特性分析
• 5.2.3 在轨优化分离技术
• 5.3 在轨补充技术
• 5.3.1 在轨交会技术
• 5.3.2 在轨补充技术
• 5.4 本章小结
• 第六章 空间平台稳定控制技术
• 6.1 质能交换引起轨道参数变化
• 6.2 空间平台轨道参数保持控制技术
• 6.2.1 轨道控制方程
• 6.2.2 轨道保持控制方案
• 6.3 空间平台姿态控制技术
• 6.3.1 空间平台姿态动力学模型
• 6.3.2 空间平台姿态预测跟踪控制技术
• 6.3.3 空间平台姿态模糊控制技术
• 6.3.4 空间平台姿态路径规划控制技术
• 6.3.5 空间平台质能交换影响补偿控制技术
• 6.4 本章小结
• 下篇 在轨对地定点攻击技术
• 第七章 在轨对地释放概念及优化技术
• 7.1 在轨对地释放概念
• 7.1.1 在轨对地释放概念
• 7.1.2 在轨对地释放模式
• 7.1.3 在轨对地释放模式分析
• 7.2 在轨对地释放的变轨方式
• 7.1.1 远地点单脉冲变轨方式
• 7.1.2 一般单脉冲变轨方式
• 7.3 在轨对地释放着陆区覆盖分析
• 7.4 在轨对地释放窗口分析
• 7.5 在轨对地释放变轨优化分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 地球扁率影响及其补偿分析
• 8.1 地球扁率的影响分析
• 8.2 在轨对地释放模式下的补偿分析
• 8.2.1 落点对变轨点参数的偏导数
• 8.2.2 基于仿真的寻优方法
• 2 影响的补偿方法'>8.2.3 对地球扁率J₂影响的补偿方法
• 8.3 本章小结
• 第九章 总结与展望
• 9.1 本文总结
• 9.2 本文主要贡献
• 9.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录