论文摘要：空间系绳在废弃航天器离轨中的应用

自人类征服太空以来，人类活动已经导致大量各种大小的空间物体产生。目前可被地面观测设备跟踪的空间物体超过9000个，其中绝大多数是废弃卫星和爆炸火箭末级的碎片。此外，还有好几千万太小而无法跟踪的物体。这些碎片杂乱地丢弃在人类活动集中的“有用”轨道上：地球静止轨道与低轨道。新的星座计划将在轨道上布置大量的卫星，这使得空间轨道更加拥挤不堪。空间系绳代表一种令人激动的新技术，它提供巨大的科学与技术机遇。自早期在该领域的研究，无推进剂推进和动量交换运输一直被认为是空间系绳最有前途的应用之一。空间系绳包括导体系绳和非导体系绳，它们在废弃航天器离轨中的原理不同。导体系绳借助它与地磁场的作用产生洛伦兹力进行离轨制动。非导体系绳利用动量矩守恒原理，即两个用系绳连接的质量体在系绳伸展后，角动量和能量从下端物体转移到上端物体，因此，切断系绳后，上端物体的速度大于它的轨道速度，进入一个远地点更高的轨道，而下端物体的速度小于它的轨道速度，进入一个近地点更低的轨道。应用航天动力学基本原理和拉格朗日方法建立了两套系统运动方程，并在此基础上使用Matlab编制了仿真程序。模拟结果显示，空间系绳在废弃航天器离轨中具有质量轻，成本低，不需要推进剂或大量减少推进需求的特点，具有成本效益。