西北工业大学孟中杰教授团队新著，详介新型绳系拖曳飞行控制技术

从1957 年发射第一颗人造卫星开始，人类探索太空的步伐不断加快。尤其近年来，微小卫星、星座、星群等快速发展，越来越多的卫星发射进入太空。故障或失效的航天器造成的轨道拥堵现象，时有发生。为避免上述问题，大质量、大碰撞概率和轨道高度较高的失效卫星为轨道移除的首选目标。相较传统的移除方式，利用空间系绳移除失效卫星的策略，具有抓捕距离远、操作灵活、安全性高等优势，近年来得到了国内外学者、研究机构等的广泛关注。

▲ 绳系拖曳过程遇到的问题

▲ 绳系系统动力学特性的相互关系图

从移除任务流程上看，利用空间系绳的失效卫星移除任务流程主要包括变轨/接近机动段、逼近段、抓捕及稳定段、拖曳变轨段。前三个阶段的研究已取得了相当可观的成果，但拖曳变轨段的研究相对较少。实际上，在拖曳变轨段，系绳作为拖曳载体，扮演着至关重要的角色。然而，由于系绳具有柔性与半弹性特点，拖曳过程的动力学现象十分独特，如绳缆大幅摆动、平台鞭打效应、卫星尾摆效应、张力反弹现象等，这给拖曳变轨任务带来了“碰撞”“缠绕”和“平台扰动”三大威胁，并与单端推力变轨特点结合，产生了一系列的控制难题。

西北工业大学孟中杰教授团队新著 《 》重点针对拖曳飞行控制难题展开研究，主要解决拖曳飞行过程中，由于系绳存在产生的几大关键控制难题，并给出了新型的绳系拖曳变轨策略——旋转拖曳变轨，为未来空间绳系系统的全面应用提供支撑。

▲ 拖曳离轨方案

本书提出一种拖曳旋转飞行方案。该方案受共面椭圆轨道之间的双脉冲转移方案启发，同时兼顾两次脉冲间“防碰撞”的要求（包含单端推力起旋、系统旋转飞行、剪断系绳将目标星甩入变轨轨道三部分），设计了一种通过改变系绳张力和平台星推力方向角来调整耦合体姿态的分层预测滑模控制方法，在满足各种约束条件下，实现系绳平滑收放和推力方向角平滑变化，并使得绳系拖曳系统轨道可跟踪期望轨迹。

《绳系拖曳飞行控制技术》

孟中杰等著

北京 : 科学出版社, 2025.4

ISBN 978-7-03-079506-9

本书得到西北工业大学精品学术著作培育项目的资助。本书是作者多年研究工作的总结，是团队集体智慧的结晶，内容丰富全面，具有很强的理论性和实用性。核心内容包括：绳系拖曳飞行系统动力学建模与分析、绳系拖曳飞行防碰撞控制技术、绳系拖曳飞行防尾摆控制技术、绳系拖曳飞行防摆动控制技术、绳系拖曳旋转飞行控制技术、绳系编队飞行控制技术六部分。希望本书的出版对推动空间绳系系统的深入研究和全面应用起到促进作用。

本文摘编自《绳系拖曳飞行控制技术》（孟中杰等著. 北京 : 科学出版社, 2025.4）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-079506-9

责任编辑：宋无汗，15902971152

近年来，微小卫星、星座、星群等快速发展，越来越多的卫星发射进入太空。大量的失效卫星、空间碎片充斥在太空轨道上。利用空间系绳移除失效卫星的策略，具有抓捕距离远、操作灵活、安全性高等优势。然而，在目标捕获后的拖曳飞行阶段，由于系绳的柔性与半弹性，系统呈现复杂的动力学现象，同时也产生一系列的控制挑战。本书重点针对拖曳飞行控制问题展开研究，系统总结近年来的研究进展，重点关注并解决拖曳飞行过程中的防碰撞、防尾摆、防摆动等关键控制难题，并介绍旋转拖曳的变轨设计思路，为绳系系统的应用奠定基础。

本书适合空间绳系系统、航天器姿轨控制、空间轨道设计等相关专业的工程技术人员参考，也可作为高等院校航天应用类、航天器控制类相关专业的研究生和高年级本科生的辅助教学用书。

（本文编辑：刘四旦）

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