In this paper, a flexible tether-net system is applied to capture the space debris and a numerical framework is established to explore its nonlinear dynamic behaviors, which comprises four principal phases: folding, spreading, contacting, and closing. Based on the discretization of the whole structure into multiple nodes and connected edges, elastic force vectors and associated Jacobian matrix are derived analytically to solve a series of equations of motion. With a fully implicit method applied to analyze the nonlinear dynamics of a slender rod network, the involved mechanical responses are investigated numerically accounting for the interactions. Contact between the deformable net and a rigid body is handled implicitly through a cost-effective modified mass algorithm while the catenary theory is utilized to guide the folding process (from planar configuration to origami-like pattern). The dragging and spreading actions for the folded hexagon net could be realized by shooting six corner mass toward a specific direction; next, the six corners would be controlled to move along a prescribed path producing a closing gesture, when touch between the flying net and the target body is detected, so that for the space debris could be captured and removed successfully. We think the established discrete model could provide a novel insight in the design of active debris removal (ADR) techniques, and promote further development of the model-based control of tether tugging systems.


翻译:在本文中,应用了灵活的系网系统来捕捉空间碎片,并建立了一个数字框架来探索其非线性动态行为,其中包括四个主要阶段:折叠、扩散、联系和关闭。根据整个结构分解成多个节点和连接边缘,弹性力矢量和相关的雅各矩阵从分析中衍生出,以解决一系列运动方程。如果采用一种完全隐含的方法来分析细条网的非线性动态,则对所涉机械反应进行数字核算,对相互作用进行数字核算。可变式网与僵硬体之间的接触通过具有成本效益的修改质量算法进行暗中处理,同时利用催化理论指导折叠过程(从平面配置到折面式模式)。折叠式六边网的拖动和扩展动作可以通过向特定方向射击六角质量来实现;接下来,六角将受到控制,沿着一条能够产生结束姿态的路径,在触动网与目标体之间进行计算时,通过一个具有成本效益的修改质量算法进行处理,从而利用催化式质量算法来指导折叠过程(从平面设计成和成功清除碎片的模型)。

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