[发明专利]空间绳系拖曳转移中的一种间歇式脉冲伪连续推力离轨方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间绳系拖曳轨道转移方式，属于卫星轨道转移设计技术领域，可以应用于空间绳系拖曳转移中的轨道设计。

背景技术

近年来绳系机器人和空间飞网被用于空间废弃卫星清除，太空拖船(任务星)通过柔性系绳放出捕获装置(机械臂或飞网)，捕获装置捕获空间废弃卫星后，太空拖船和废弃卫星形成绳系组合体。空间绳系拖曳转移是指太空拖船进行轨道机动拖曳无轨控能力的废弃卫星至坟墓轨道或大气层销毁的轨道机动过程。由于废弃卫星无姿控和轨控能力，在太空拖船轨控推力扰动下，可能发生姿态翻转导致系绳缠绕、绷断甚至与太空拖船碰撞。为了保证拖曳过程中绳系组合体的安全，通常在太空拖船上配置系绳收放装置，通过系绳收放装置收放系绳以调节系绳张力实现废弃卫星位置保持和摆动抑制。

目前绳系组合体轨道转移仍采用传统的卫星轨道机动方式：脉冲变轨或连续推力变轨。脉冲变轨节省燃耗、工程应用广泛，但是脉冲推力对绳系组合体扰动较大，并且自由滑行段不能提供系绳张力，两星位置难以控制；连续推力变轨对绳系组合体扰动小并且可以提供持续的系绳张力，但是在推力较大时，连续推力提升(或降低)相同的轨道高度燃耗浪费较多，而太空拖船为保证危险情况下足够的轨道机动能力，通常配置较大的轨控推力。因此针对绳系组合体特点，研究一种适用于绳系组合体的安全、平稳、高效的轨道转移方式，对绳系组合体将来的广泛应用至关重要。

发明内容

本发明提出一种适用于空间绳系拖曳转移的间歇式脉冲伪连续推力离轨方式，该方式可实现绳系组合体安全、平稳、高效的转移至目标轨道。间歇式脉冲伪连续推力离轨方式可用于绳系组合体的升轨任务和降轨任务，考虑升轨与降轨互为动力学逆过程，以下叙述以升轨过程为例，间歇式脉冲伪连续推力离轨方式通过以下技术方案实现：

太空拖船和废弃卫星沿飞行方向一前一后分布，太空拖船和废弃卫星通过系绳连接，太空拖船配置系绳收放装置，通过系绳收放装置收放系绳实现系绳张力调节，太空拖船可提供沿系绳连线方向的轨控推力(以下简称轨控推力)。间歇式脉冲伪连续推力离轨方式工作过程中，太空拖船通过系绳收放装置收放系绳保持系绳连续小张力，张力大小为太空拖船轨控推力的几十分之一到几分之一，太空拖船通过判断与废弃卫星的距离和相对速度控制轨控推力开关机，当太空拖船与废弃卫星距离小于设定距离时开启轨控推力，当太空拖船与废弃卫星相对远离速度达到设定的最大远离速度时关闭轨控推力。间歇式脉冲伪连续推力离轨方式工作过程中，太空拖船提供序列脉冲轨控推力，太空拖船通过系绳收放装置收放系绳保持系绳连续小张力，废弃卫星受系绳张力作用离轨。空间绳系拖曳转移中的一种间歇式脉冲伪连续推力离轨方式具体实施过程包括四个阶段：加速远离段、减速远离段、加速接近段和减速接近段。

A加速远离段，初始时刻太空拖船与废弃卫星有一定距离且相对速度为零，太空拖船开启轨控推力，系绳收放装置通过调节绳系长度保持系绳连续小张力，系绳张力为太空拖船轨控推力的几十分之一到几分之一，太空拖船在轨控推力及系绳张力作用下远离废弃卫星，当两星远离速度达到设定的最大速度时太空拖船关闭轨控推力，加速远离段结束进入减速远离段；

B减速远离段，太空拖船轨控推力关闭后，由于具有初始远离速度两星距离继续增加，在系绳张力作用下两星远离速度逐渐降低，当两星远离速度降为零时，两星距离达到最大值，减速远离段结束进入加速接近段；

C加速接近段，当两星距离达到最大值后，两星在系绳张力作用下逐渐靠近，当两星距离达到设定距离时太空拖船开启轨控推力，此时两星接近速度达到最大值，加速接近段结束进入减速接近段；

D减速接近段，当太空拖船开启轨控推力后，在太空拖船轨控推力作用下，两星接近速度逐渐降低，当两星接近速度降低为零时，两星距离达到最小值，此时间歇式脉冲伪连续推力离轨方式的一次间歇式脉冲周期结束，再次进入加速远离段，然后重复以上A、B、C阶段。

间歇式脉冲伪连续推力离轨方式中，一次间歇式脉冲周期、太空拖船轨控推力开关机时间和两星距离变化区间等参数可通过配置太空拖船轨控推力、系绳张力、两星最大远离速度和太空拖船轨控开机位置设定。

本发明的优点在于：

本发明提供的离轨方式系绳张力连续，可通过调节系绳张力大小控制两星位置和抑制废弃卫星姿态摆动，绳系拖曳转移过程安全性较高；

本发明提供的离轨方式系绳张力可在一定范围内任意配置，配置较小系绳张力时，废弃卫星在小系绳张力作用下离轨，变轨燃耗接近脉冲变轨燃耗，绳系拖曳转移过程效率较高；