[发明专利]一种软体臂抓捕系统及空间非合作目标消旋方法

说明书

一种软体臂抓捕系统，包括飞行器平台(1)、若干软体臂(2)、流体压力控制系统、目标检测装置、抓捕系统控制器；若干软体臂(2)安装在飞行器平台(1)上，每个软体臂(2)的内部在周向均匀分布有若干流体腔道，每个流体腔道沿软体臂(2)轴向延伸；流体压力控制系统控制进入到流体腔道内的流体压力，实现软体臂(2)伸直或向飞行器的几何中心方向弯曲；目标检测装置安装在飞行器平台(1)上，检测非合作目标的位置，将检测到的位置信息发送给抓捕系统控制器；抓捕控制器控制流体压力控制系统向软体臂(2)的流体腔道中输入不同压力的流体，实现对非合作目标的抓捕。

技术领域

本发明涉及一种空间非合作目标消旋方法。

背景技术

太空中残留的火箭末级、失效卫星、航天器任务抛弃物、航天器解体及碰撞衍生物等大量空间碎片对人类航天事业的发展已构成了巨大威胁。空间碎片的主动移除技术为目前航天领域研究的热点。近距离漂浮碎片抓捕是当前空间碎片清除任务的关键技术要点，大质量、大尺寸直径的空间碎片在太空中自由飞行，有一大部分存在一定速度的自旋。空间碎片的自旋是捕获的难点。对翻滚非合作目标直接捕获存在碰撞风险，为降低风险系数采取消旋后再捕获是较为合适的方式。在捕获之前需要先通过一定的物理接触对其进行消旋。现有的空间碎片消旋技术包括采用小型刚性机械臂、飞网、飞爪等多种在轨捕获方法，也有采用电动力系绳、太阳帆、阻力增强装置等促碎片离轨方法。刚性机械臂在接触式消旋过程中难免产生瞬间较大的冲击力，容易导致机械臂损坏及抓捕机构的失控；飞网及飞爪的消旋方法容易造成消旋过程中的无序缠绕；减速刷消旋、机械脉冲消旋和绳系机器人消旋等方法需要较高精度的控制方法及复杂的机械结构来保障方案的有效实施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种软体臂抓捕系统及空间非合作目标消旋方法，用于太空中具有一定角速度自旋的空间碎片抓捕。该方法具有结构简单、制造精度要求低和占用飞行器载荷空间小的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种软体臂抓捕系统，包括飞行器平台、若干软体臂、流体压力控制系统、目标检测装置、抓捕系统控制器；若干软体臂安装在飞行器平台上，每个软体臂的内部在周向均匀分布有若干流体腔道，每个流体腔道沿软体臂轴向延伸；流体压力控制系统控制进入到流体腔道内的流体压力，实现软体臂伸直或向飞行器的几何中心方向弯曲；目标检测装置安装在飞行器平台上，检测非合作目标的位置，将检测到的位置信息发送给抓捕系统控制器；抓捕控制器控制流体压力控制系统向软体臂的流体腔道中输入不同压力的流体，实现对非合作目标的抓捕。

所述软体臂内部的流体腔道有三条，三条流体腔道分别编号为第一流体腔道，第二流体腔道，第三流体腔道，在软体臂与飞行器平台的接触面内，第二流体腔道和第三流体腔道的中心连线L₂与第一流体腔道的中心和飞行器的几何中心连线L₃垂直，第一流体腔道的中心和飞行器的几何中心分别位于连线L₂的两侧；

所述软体臂的材料为复合橡胶。

一种使用软体臂抓捕系统进行空间非合作目标消旋的方法，包括步骤如下：

步骤一：利用软体臂抓捕系统的目标检测装置检测飞行器周围的非合作目标，计算非合作目标在飞行器坐标系下的几何中心坐标(X₁,Y₁,Z₁)，控制飞行器调整姿态，使得飞行器的几何中心与非合作目标的几何中心的连线L₁与飞行器平台的软体臂安装面垂直；

步骤二：控制飞行器沿连线L₁方向接近非合作目标，当目标检测装置反馈的L₁的长度与小于阈值a₁时，抓捕系统控制器给流体压力控制系统发送软体臂伸直指令，由流体压力控制系统控制各个软体臂的流体腔内流体压力一致，使得各个软体臂伸直；

步骤三：控制飞行器沿L₁方向进一步接近非合作目标，控制软体臂实现非合作目标的抓捕。