關(guān)鍵詞 陀螺進(jìn)動、強(qiáng)迫進(jìn)動軌道、非開普勒軌道、懸浮軌道、四元數(shù) CLC 號：V412.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI: 10.6052/0459-1879-12-375 引言 陀螺儀在具有固定軸的情況下，會發(fā)生進(jìn)動和章動外力矩的作用。 當(dāng)航天器僅受到中心重力作用時，其軌道面的法線方向在慣性空間中保持不變。 當(dāng)受到擾動或外力影響時，軌道表面會進(jìn)動，類似于陀螺儀。 陀螺儀的運(yùn)動可以用剛體動力學(xué)來描述。 陀螺儀和軌道運(yùn)動之間的相似性是由于兩者之間動力學(xué)的相似性。 文獻(xiàn)[1][2]將近軌道坐標(biāo)系視為虛擬實體坐標(biāo)系，將軌道動力學(xué)與剛體動力學(xué)進(jìn)行類比，提出軌道的進(jìn)動類似于經(jīng)典的陀螺進(jìn)動，具有變徑向其效果類似于可變慣性矩。 文獻(xiàn)[3]討論了開普勒運(yùn)動和陀螺運(yùn)動之間的聯(lián)系。 文獻(xiàn)[4]類比軌道和姿態(tài)運(yùn)動，研究了采用姿態(tài)控制方法的衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移和編隊重建問題。 文獻(xiàn)[5]討論了航天器的進(jìn)動現(xiàn)象，提出了陀螺力作用下的軌道，可應(yīng)用于軌道機(jī)動。 與攝動影響下的自然進(jìn)動軌道不同，本文提出了一種強(qiáng)制進(jìn)動軌道，使航天器在繞重心運(yùn)動的同時進(jìn)行進(jìn)動。 當(dāng)初始軌道為圓形軌道時，通過施加恒定的法向力可以實現(xiàn)特殊的強(qiáng)迫進(jìn)動軌道。
本文對這種特殊的強(qiáng)迫進(jìn)動定律進(jìn)行了研究和分析，證明了該軌道是懸浮軌道。 懸浮軌道[6-8]屬于非開普勒軌道，在地球觀測、行星際科學(xué)、天文觀測、無線電通信、地球工程等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢。 由于懸浮軌道可以保持在給定區(qū)域上方，因此對于觀測研究非常有利。 在懸浮軌道上對地球極區(qū)或其他局部區(qū)域進(jìn)行長期觀測，可為氣候科學(xué)等領(lǐng)域提供局部區(qū)域的實時高分辨率圖像； 通過懸浮軌道觀測土星環(huán)、彗星或矮星等小天體可以為行星科學(xué)研究提供理論依據(jù)。 懸浮軌道還可作為中繼衛(wèi)星軌道，保證不同星球之間通信的連續(xù)性。 此外，關(guān)于懸浮軌道還有一些新穎的設(shè)計思路。 例如，在懸浮軌道上布置帶有反射器的編隊衛(wèi)星可以減輕地球的溫室效應(yīng)。 通過應(yīng)用本文提供的強(qiáng)制進(jìn)動方案，可以輕松實現(xiàn)懸浮軌道的“浮動”。 1 陀螺動力學(xué)和軌道動力學(xué)的比較研究 陀螺運(yùn)動和軌道運(yùn)動的相似性歸因于它們動力學(xué)的相似性。 本節(jié)對兩者的動力學(xué)模型進(jìn)行比較。 1.1 陀螺動力學(xué)模型 描述陀螺儀運(yùn)動的經(jīng)典歐拉動力學(xué)方程[9]為： ??? 其中，??, ,xyz 是陀螺儀的慣性主軸，z 軸沿陀螺儀的極軸。陀螺儀陀螺進(jìn)動性判斷右手定則，x軸沿剛體赤道面與水平線的節(jié)點(diǎn)線方向，y軸滿足右手定則陀螺進(jìn)動性判斷右手定則，如圖1(a)所示。
?轉(zhuǎn)動慣量，??系統(tǒng)的角速度是??、 、??、 、xyz 軸的力矩分量。 根據(jù)蘇聯(lián)學(xué)者梅爾金[10]的定義，????x????????????????????????????(1)?， ,xyzI II 為主旋轉(zhuǎn),,xyx yz 軸分量, ?z? ? ? 是相對于慣性 ? 的陀螺體坐標(biāo)系, ,xyzL LL 是沿 ?yzy?zII?? 的軸, ???? ???并在線發(fā)布時間：2013-02-25 09:34 在線發(fā)布地址：
