[发明专利]针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法

权利要求书

1.一种针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法，其特征在于，所述方法基于地面物理仿真试验系统实现，所述系统包括服务飞行器模拟装置、六自由度机械臂(10)、自旋跟踪手爪装置、六自由度目标模拟器和地面控制器(7)；

服务飞行器模拟装置，用于利用喷气和气浮模拟服务飞行器在平面内前后、左右以及偏航三个自由度的零重力状态，还用于利用喷气消除在抓捕过程中产生的角动量；

六自由度机械臂(10)的一端与服务飞行器模拟装置底部连接，六自由度机械臂(10)的另一端与自旋跟踪手爪装置的顶端连接；

六自由度目标模拟器，用于模拟空间目标六自由度零重力下的自旋状态；

所述试验方法包括如下步骤：

步骤一：地面控制器(7)控制六自由度目标模拟器模拟空间目标六自由度零重力下的自旋状态；

步骤二：地面控制器(7)控制服务飞行器模拟装置气浮，使其处于零重力状态下；

步骤三：自旋跟踪手爪装置对模拟的自旋空间目标的自旋角速度及自旋轴进行跟踪，获得空间目标的自旋角速度和自旋轴；

步骤四：六自由度机械臂(10)带动自旋跟踪手爪装置运动至空间目标的自旋轴上方，自旋跟踪手爪装置起旋至与空间目标相同的自旋角速度，自旋跟踪手爪装置收拢抓捕手爪(14)，完成对自旋空间目标的抓捕；

步骤五：自旋跟踪手爪装置的刹车机构(12)脉冲式抱闸，利用步骤六消旋，直至服务飞行器模拟装置采集不到角速度信息，完成消旋；

步骤六：服务飞行器模拟装置采集角速度信息，根据该角速度信息获得角动量，服务飞行器模拟装置采用反向喷气的方式，实现该角动量的消除。

2.根据权利要求1所述的针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法，其特征在于，

所述地面物理仿真试验系统还包括力矩传感器、末端六维力传感器和外部测量装置；力矩传感器和末端六维力传感器安装在机械臂内；

所述方法还包括：

在执行步骤四的同时，地面控制器(7)控制外部测量系统(13)对自旋跟踪手爪装置以及六自由度目标模拟器的同轴度和角速度差进行测量；

在执行步骤四和步骤五的同时，地面控制器(7)获取力矩传感器和末端六维力传感器采集的力的数据；

将试验结果与理论结果相对比，调整试验参数，直至试验结果与理论结果一致；

所述试验结果包括测量的自旋跟踪手爪装置以及六自由度目标模拟器的同轴度和角速度差、采集的力的数据和服务飞行器模拟装置采集角速度信息。

3.根据权利要求1所述的针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法，其特征在于，所述六自由度目标模拟器包括目标模拟外壳(15)、气浮球轴承(16)、下气浮装置、起旋电机(19)、恒张力弹簧机构(17)、下平面气足(18 )和下气浮平台(8)；

目标模拟外壳(15)与气浮球轴承的转子固定连接，气浮球轴承的进气口与下气浮装置顶部的出气口连接，下气浮装置中设置有中空的孔，恒张力弹簧机构(17)设置在所述孔中，恒张力弹簧机构(17)一端连接气浮球轴承，恒张力弹簧机构(17)的另一端连接下气浮装置底板的上表面，所述恒张力弹簧机构(17)用于实现竖直方向上的零重力；

下平面气足(18 )和起旋电机(19)同时设置在下气浮装置底板和下气浮平台(8)之间；

起旋电机(19)带动目标模拟外壳(15)、气浮球轴承(16)、下气浮装置恒张力弹簧机构(17)和下平面气足(18 )旋转；

下气浮装置通过下平面气足(18 )向下气浮平台(8)通气；

所述步骤一包括：

地面控制器(7)控制下气浮装置对平面气足18通气，下气浮平台产生气浮；

地面控制器(7)控制起旋电机自旋，进而带动目标模拟外壳(15)、气浮球轴承(16)、下气浮装置恒张力弹簧机构(17)和下平面气足(18 )自旋运动，达到设定转速后，地面控制器(7)控制下气浮装置对气浮球轴承(16)供气，使目标模拟外壳(15)相对其底部独立自旋。

4.根据权利要求1、2或3所述的针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法，其特征在于，所述服务飞行器模拟装置包括三自由度飞行模拟器(1)、上平面气足(4)、上气浮平台(5)、上气瓶、喷气装置(2)和惯性导航组件(3)；

喷气装置(2)设置在三自由度飞行模拟器(1)的四周，三自由度飞行模拟器(1)设置在上平面气足(4)的顶部，上气瓶设置在三自由度飞行模拟器(1)上；上气瓶的一个出气口与喷气装置(2)的进气口连通，上气瓶的另一个出气口与上平面气足(4)的进气口连通；上平面气足(4)位于三自由度飞行模拟器(1)的底板与上气浮平台(5)之间；惯性导航组件(3)设置在三自由度飞行模拟器(1)上，用于采集角速度信息；

所述步骤二包括：

三自由度飞行模拟器(1)控制上气瓶通过上平面气足(4)对上气浮平台(5)通气，实现气浮，使三自由度飞行模拟器(1)呈零重力状态。