[发明专利]面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕装置及方法

说明书

本发明公开了一种面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕装置及方法，装置包括携带多指手抓捕机构的服务航天器，所述的多指手抓捕机构中的每个手指由中间刚性部分和外部柔性部分组成的点手指，柔性部分能够使得空间翻滚失效目标和多指手抓捕机构碰撞时不会对影响服务航天器正常工作。当服务航天器与空间翻滚失效目标实现轨道运动同步时，多指手抓捕机构进一步接近目标，在给定时间间隔内实现对目标的包络，即将目标约束在由多指手机构形成的抓捕空间区域内，然后收紧手指实现对目标的抓捕。针对空间翻滚失效目标，在抓捕中不需要精确的目标信息同时对目标具有自适应性；在抓捕后又能够对目标进行精确操作实现接管控制。

技术领域

本发明涉及空间失效目标抓捕领域，具体为一种面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕装置及方法。

背景技术

伴随着人类对空间资源的不断探索与利用，由故障失效卫星、各种爆炸以及碎片等各种原因造成的大量空间垃圾，使得空间资源逐步呈现出短缺的现状，同时对空间安全也造成了严重威胁。对失效航天器或轨道垃圾清理迫在眉睫，但由于空间垃圾的非合作性(无专门的抓捕对接机构、无合作测量装置、失去姿态调整能力等)使得抓捕极具挑战性。

现有抓捕方式可以分为接触式和非接触式两类。其中，接触式又可以细分为以机械臂抓捕为代表的刚性抓捕和以飞网、飞爪等为代表的柔性抓捕。刚性抓捕对目标的合作性要求很高，而飞网、飞爪对目标速度和目标大小的要求比刚性抓捕要宽松一些，但是柔性抓捕很难开展对目标的维修、检测以及再利用。非接触式抓捕则是利用空间电磁力牵引或引力牵引等方式对目标进行捕获，不需要与目标发生直接接触。

综上所述，接触式抓捕中，刚性抓捕较为成熟，但是它需要精确的目标信息、同时对抓捕过程中的控制精度要求高，爪具只能适用于特定结构，对于待抓捕目标不具有普适性；而柔性抓捕虽然具有很好的容错性，但是抓捕后很难对目标实现检测维护以及精确的接管操作(姿态/轨道调整)；非接触式抓捕的理论仍然在摸索发展中。为此，提出了一种不需要精确目标信息、对目标具有自适应性、抓捕后能够进行精确操作实现接管控制的抓捕方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕装置及方法。针对空间翻滚失效目标，在抓捕中不需要精确的目标信息同时对目标具有自适应性；在抓捕后又能够对目标进行精确操作实现接管控制。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕装置，包括：携带多指手抓捕机构的服务航天器，所述的多指手抓捕机构中的每个手指简化成由中间刚性部分和外部柔性部分组成的点手指，柔性部分能够使得空间翻滚失效目标1 和多指手抓捕机构碰撞时不会影响服务航天器正常工作。

一种面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕方法，包括以下步骤：

当携带多指手抓捕机构的服务航天器与空间翻滚失效目标实现轨道运动同步时，多指手抓捕机构进一步接近空间翻滚失效目标，在给定时间间隔内实现对目标的包络，将目标约束在由多指手抓捕机构形成的抓捕空间区域内，然后收紧手指实现对目标的抓捕。

作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：

步骤1：服务航天器向空间翻滚目标接近，实现轨道运动同步，并调整姿态，使多指手抓捕机构对准空间翻滚失效目标；然后，服务航天器通过测量设备获取空间翻滚失效目标的测量信息，包括几何外形信息、惯性参数以及旋转角速度；

步骤2：根据空间翻滚失效目标的测量信息，预测在抓捕过程中空间翻滚失效目标的运动可达域；