[发明专利]基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法

说明书

本发明公开了一种基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法。包括主动绕飞控制和悬停消旋控制，飞行器利用智能爪捕获失稳目标后，对目标绕飞并维持系绳恒定张力，判断单次绕飞角度是否满足大于等于θ₀，满足则切换至悬停消旋控制，否则维持主动绕飞控制；绕飞到位后对目标悬停并通过系绳对目标消旋，判断连续控制切换时间阈值T_x内，目标横向角速度ω_T是否满足小于等于角速度消旋阈值ω_down，满足则切换至主动绕飞控制，否则维持悬停消旋控制；同时判断连续消旋结束时间阈值T_j内目标角速度ω_t是否满足小于等于ω_down，满足则分步消旋控制结束，否则维持原控制状态。本发明解决了飞行器沿自旋轴方向捕获失稳目标后，利用单系绳连接点对失稳目标的消旋控制难题。

技术领域

本发明涉及基于系绳连接的柔性组合体控制技术领域，尤其是涉及一种基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法。

背景技术

空间中存在大量由于发生故障或离轨失败导致废弃的卫星，占用了宝贵的轨道资源，增加了与其他卫星碰撞风险，威胁正常在轨卫星的安全运行，因此对其进行有效地移除操作，对空间环境的可持续发展具有重要意义。废弃卫星的姿态一般具有绕其最大惯量轴高速自旋且伴随章动的特点。采用智能爪对废弃卫星捕获后，其与飞行器之间仅有系绳连接，对其进行拖曳移除时首先需对其进行消旋以提高拖曳移除的安全性，即使高速旋转目标变为稳定或低速旋转目标。

由于废弃卫星本身不具备控制能力，且与飞行器之间仅有系绳连接，故仅能由飞行器通过系绳张力控制对目标姿态消旋。消旋控制原理是产生与飞行器自旋角速度方向相反的控制力矩。由于系绳只能产生拉力，故仅能产生垂直系绳方向力矩，不能产生沿系绳方向力矩。采用智能爪捕获失稳的废弃卫星后，利用系绳只能消除目标垂直系绳方向的角速度，不能消除目标沿系绳方向的角速度。目前智能爪一般采用沿自旋轴方向捕获失稳目标并形成可靠系绳连接，此时目标自旋角速度沿系绳方向，因此要实现对失稳目标的消旋，不仅要控制系绳张力大小，还要改变系绳张力作用方向。传统系绳张力控制是通过系绳张力控制机构控制系绳张力大小，两维运动摆杆机构控制张力作用方向来实现对目标的姿态控制。在飞行器上安装系绳张力控制机构易实现张力大小控制，但张力作用方向控制不易实现，这是因为在废弃卫星无法安装摆杆，而在飞行器安装摆杆，由于摆杆尺寸与星间距离相比较小，张力作用方向改变不明显，故利用传统系绳张力控制方法不能满足沿自旋轴方向捕获失稳目标后基于系绳连接的消旋控制。因此，沿自旋轴方向捕获失稳目标后基于系绳连接的消旋控制，是利用智能爪等柔性载荷对废弃卫星等空间碎片移除的重要研究课题。

目前没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内类似的资料。

发明内容

为解决传统系绳张力控制方法不能满足飞行器沿自旋轴方向捕获失稳目标后基于系绳连接的消旋控制问题，本发明的目的在于提出一种基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法。将飞行器利用系绳连接对失稳目标的消旋控制分解为主动绕飞控制和悬停消旋控制，通过飞行器对目标的分步绕飞逐步改变系绳张力作用方向，绕飞到位后飞行器对目标悬停，通过系绳张力控制机构输出消旋所需系绳张力，以实现对失稳目标的分步消旋。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法，其特征在于，包括主动绕飞控制和悬停消旋控制，包括如下步骤：

步骤1，飞行器利用智能爪捕获目标，并形成可靠的系绳连接，即在目标与飞行器上各有一个系绳连接点。

步骤2，主动绕飞控制。