随着太空卫星数量的增多，催生出新的空间在轨服务需求，包括在轨服务/维修、太空垃圾清理、抓捕等相关技术。为实现太空操作的目的，高效率的抵近、接触技术成为关键。本研究对远距离非合作目标进行初捕获，为后续精确调姿与抵近做准备，可以降低飞行器对工质和能源的需求。

接触式空间捕获方案分为刚性捕获和柔性捕获两大类型。机械臂捕获等刚性捕获已经在在轨服务任务中使用。柔性捕获具有捕获范围大，捕获时冲击力小、折叠后节省存储空间等优势，但大多停留在概念设计阶段。柔性捕获的机构大多数都属于系绳系统。关于系绳弹丸系统在重力场下的缠绕动力学行为，已经有很多的研究。然而，在太空中，对系绳弹丸系统的研究却非常少。

近日，中科院力学所中国科学院微重力重点实验室空间材料物理力学课题组对实际的太空捕获场景进行简化建模，通过运动的分解与叠加分析了系绳弹丸系统缠绕过程的运动学特征，得到了弹丸的轨迹方程。通过单元的受力分析，得到了不同摩擦系数下卫星受力、目标对象受力的详细特征，讨论了极值时间、奇异性、方向角、振荡行为的相关问题。最后，考虑绳子张力和缠绕时间的两个限制条件，以及安全缠绕圈数，提出了成功捕获需要满足的弹丸速度、初始绳长的设计方案。所提出的初捕获的简化模型具有广泛的应用范围，为之后更为复杂的捕获情形的研究奠定了基础。

该成果以“A simplified model of tethered projectile systems wrapping around targets in space and a preliminary capture scheme based thereon”为题发表在期刊Microgravity Science and Technology上。该工作得到中国科学院战略优先研究计划(No. XDA17030100, Y820081XD1, Y820082XD1) 等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2213831/v1