文 献 综 述
空间绳系的出现最早起因于宇航救生、微重力试验以及外空辐射测量等方面的需要。随着研究的展开与深入，空间绳系技术更多独特的应用价值被发现[1]，其中包括：利用子星远离母星而不受到辐射及电磁干扰的优越条件，进行其它条件下无法完成或者不适宜完成的科学试验（比如重力梯度试验、高空电离层试验、空气热力学试验、外层大气科学研究以及辐射天文学试验等）；利用绳系释放有效载荷以及空间有效载荷的回收与废物处理；利用绳系系统可以随意控制的微重力环境，进行太空生产；利用电动力学系绳发电；利用绳系进行能量与物质的传送等等。
鉴于空间绳系技术的广泛应用前景，各航天大国对空间绳系理论及应用展开了深入研究并进行了试验验证。目前，动量交换/电动推进绳系技术（MXER）是NASA在空间推进(ISP)计划中支持的五个研究区域之一。
空间系绳系统中的动态系统，即空中电梯系统，是绳系技术发展下的产物之一。空中电梯系统，可用于完成航天器的轨道机动而不消耗燃料，用系绳把航天器抓住并将其拖走的运输系统。例如，用约50公里长的系绳把货运飞船从轨道站上吊下来,然后把它放开，飞船脱离轨道并降至地面，轨道站则再升高自己的轨道，而不费一滴燃料。用沿着系绳运动的升降机可以运送货物和人员。利用一端连有系绳的传动杆，可以变换吊在系绳上的航天器在空间的指向。这样一来，系统便具有了在太空中的绳系卫星或空间站之间运送人员或货物的能力，这是一种新颖的技术，对于航天领域的研究具有重要意义，因此成为了近期研究的热点。
俄罗斯的科学家们奠定了系统的理论基础，并把它作为航天技术的一个有前途的发展向。齐奥尔科夫斯基[2]早在1895年在其著作《关于地球和天空的梦想》中最早描述了这种系统及其使用方法。为形成人造重力，齐奧尔科夫斯基提出把空间站与一个重物用500米长的链条连在一起在太空旋转，而为了使重物也能运动,用卷扬机把链条放下和拉起。1910年，灿德尔提出了空间升降机的设计方案，用一根即6万公里长的系绳 从月球伸到地球,在重力和离心力的作用下，这条系绳总是拉紧的。沿这条系绳可以运送货物，就像用索道运送货物一样。在20~ 30年代，齐奥尔科夫斯基的设计思想体现在孔德拉秋克旋转式系绳空间站设计方案中和别利亚耶夫的科幻小说中。灿德尔关于空间升降机的设计思想于60 ~ 70年代在阿尔楚塔诺夫的著作中得到了发挥，他提出了一个从地球表面到静止轨道的系绳系统方案。而波利亚科夫则提出了一个地球空间项链系绳系统方案。
俄罗斯以外的国家在这一技术领域的发展是与意大利科学家科隆博的名字分不开的。他与在美国工作的意大利专家格罗西一起于60 ~ 70年代设计了许多系绳系统及其空间实际应用方案并积极推动这一技术领域的发展。其是他们提出了电磁系绳系统和捆绑式大气探测器设计思想，这些思想在90年代的意美TSS-1和TSS-2方案中得到了实际应用。实际的空间绳系技术应用研究是从1972年格罗西建议美国 NASA利用绳系系统开展空间无线电物理学实验开始，至到1983年美国和意大利政府间达成合作协议，真正系统地开始了空间绳系技术应用研究。
绳系运输系统（TTS）能够以低成本在两颗卫星之间进行有效载荷的远程传输，是经典太空电梯的一种有吸引力的替代方案[3,4]。TTS已经成为空中电梯技术的良好示范，而且TTS的建设在短期内相对容易实现[5]。
在过去的几十年中，人们对绳系运输系统的动力性能进行了大量的研究，一般将系统简化成“哑铃”模型和“珠链”模型进行仿真研究[6,7,8]，并将其按绳索数量分为单绳和多绳系统。目前的研究主要为单绳系统，单绳系统来源于Lorenzini[9,10]最初提出了与国际重力场有关的微重力实验的概念，即附加到国际空间站的空中电梯系统的概念，假设一个物体沿绳从一端到另一端爬行。双绳系统较于单绳系统具有循环运输的能力，相对优势明显，但其为变质量系统，结构相对复杂，鲜有学者研究，因此研究双绳电梯系统具有重要的应用价值。单绳系统目前已有较多研究成果与结论，双绳系统与单绳系统尽管有许多不同，但也存在较多相似内容，例如实验环境及各参数的设置可以参照单绳系统进行设计，并将结果与单绳系统进行比对分析能够得出系统间的差异，进而初步得到多绳系统的动力学响应变化。
为了研究双绳系统动力学行为，起初推导了一个具有弹性无质量的双绳节段模型。在该模型中，以局部垂线与两端质量连线的倾角和爬升器的横向位移、两绳的长度为状态变量。当横向位移小于绳长度时，模型是可接受的。后来，Misra[10]推导出了通用且方便的两件式哑铃模型，在该模型中，以两条绳相对于局部垂直的倾角和两条绳的长度为状态变量，用于研究空间站运行和部署阶段下的动力行为。这说明开发一个包含质量和绳索纵向弹性振动的高精度模型是有必要的。双绳空间电梯系统是一种变质量多柔体结构，对这种结构进行分析，利用绝对节点坐标法（ANCF）进行建模[11,12]，并用广义alpha;算法进行计算得到其动力学响应[13,14]。
自七十年代中期以来，绳系理论经过几十年的发展，显示出其具有巨大的应用前景[15]。空中电梯运输系统是一种全新的航天技术，是当代空间技术的一个新的领域，双绳循环运输系统的研究，在未来无论在民用领域还是在军事领域都有非常重要的意义。
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