[发明专利]纳卫星电磁对接重构设备

说明书

技术领域

本发明涉及纳卫星领域，特别涉及纳卫星电磁对接重构设备。

背景技术

借助对接机构可实现多个独立飞行器在空间的刚性连接，对接过程中，对接机构的主动端对被动端捕获和锁紧，《载人航天》2016年第22(1)期，93-98页公开的“一种微型航天器对接机构的设计研究[J]”对对接机构的捕获和锁紧过程进行了阐述。纳纳卫星对接技术旨在利用多个体积小、重量轻的纳卫星通过空间交汇对接，实现功能重构，组合任务等，以较低的成本替代传统大型纳卫星，甚至突破单颗纳卫星的任务限制，强化空间协作。

对接是一个精准的空间操作，需要相对距离估计、自动避撞、自动捕获、对接扰动稳定的功能，此外需要精确的导航策略和传感器，Roscoe C W T,Griesbach J D,Westphal J J,et al.Force modeling and state propagation for navigation and maneuver planning for CubeSat rendezvous,proximity operations,and docking[J].Advances in the Astronautical Sciences,2014,150:573-590对此进行了阐述。目前对接采用复杂的对接锁紧机构，对接系统的体积、重量和能耗都无法适应纳卫星应用，并且限于微纳卫星本身的控制精度和导航对接设备的复杂性，要求纳卫星的对接设备能实现一定程度的自动对准，并考虑对接过程中推力器排出羽流将会给对接任务带来不利的影响，希望在近距离接近时，无需推进，实现末段自主对接。

电磁对接利用磁力产生两个纳卫星间的相互吸引力，能耗少且自主性高，大大降低了纳纳卫星的系统要求。目前基于纳纳卫星的电磁对接的研究主要有英国Surrey的STRaND纳卫星，Tyvak的CPOD任务以及OAAN(微纳纳卫星在轨自动组装)近距离对接的仿真分析。设计普遍考虑使用永磁铁设计磁对接和锁紧设备。

在安装误差和发射振动影响下，永磁铁对整星的磁性影响不可能通过安装布局完全抵消，尤其是体积紧凑的立方体纳纳卫星，无法预计的磁性影响会导致纳卫星姿态控制失效。已有的研究较少考虑空间环境的特异性，仅关注力、力矩及机构本身，基于电磁铁的对接分离机构的设计方法研究尚未见公开发表的文献。

发明内容

本发明解决的问题是现有磁对接和锁紧装置采用永磁铁，永磁铁对整星影响无法消除；为解决所述问题，本发明提供纳卫星电磁对接重构设备。

本发明提供的纳卫星电磁对接重构设备，包括：第一卡锁设备、第二卡锁设备；还包括：与第一卡锁设备连接的第一电磁力设备，与第二卡锁设备连接的第二电磁力设备；对接时，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的磁力为吸引力。

进一步，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备结构相同，所述第一电磁力设备包括至少一根绕线磁棒，与所述绕线磁棒电连接的驱动电路，所述驱动电路包括电流大小调节器和电流方向调节器，还包括供电电路。

进一步，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备共用供电电路。

进一步，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备分别采用一根绕线磁棒，所述第一电磁力设备的绕线磁棒上第一线圈的长度矢量为L₁、第二电磁力设备的绕线磁棒上第二线圈的长度矢量为L₂，L₁、L₂满足：

F为第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的作用力，第一线圈的电流为I₁、第一线圈的电流为I₂，为相对距离的单位矢量，μ_r为磁芯磁导率。

进一步，所述第一线圈的线径为：为所述第一电磁力设备的一匝线圈平均长度，D_e1为第一线圈的外径，D_i1为第一电磁力设备的第一磁芯的直径，为第一线圈安匝数，P₁为第一线圈功率，A₀₁为第一线圈窗口截面积。

进一步，所述第二线圈的线径为：为所述第二电磁力设备的一匝线圈平均长度，D_e2为第二线圈的外径，D_i2为第二电磁力设备的第二磁芯的直径，为第二线圈安匝数，P₂为第二线圈功率，A₀₂为第二线圈窗口截面积。