[发明专利]微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法

说明书

本发明公开了一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法。所述微纳卫星集群包括母星、视星子群和工星子群；所述母星，用于为贴附消旋与轨控过程提供相对导航解算和控制指令生成；所述视星子群，用于为贴附消旋与轨控过程提供所需的目标三维建模与相对状态测量信息；所述工星子群，用于执行对非合作目标的贴附消旋与轨控；工星子群包括两颗以上的工星；工星安装了轨道控制模块、姿态控制模块、星间无线通信模块和保证微纳卫星在轨正常工作的设备；工星通过星间无线通信从母星获取控制指令并实现对目标特定表面的贴附。微纳卫星研制成本低廉，适应小型运载火箭快速或机动发射，大大提高了空间非合作目标捕获的快速响应性。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法。

背景技术

非合作目标捕获是现有空间技术的一个重要方向。目前提出的捕获方案都是基于大型航天器携带复杂捕获设备的方案，具有单点失效的风险。为解决这个问题，一种基于微纳卫星集群的分布式捕获方案应运而生。基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统包含母星、视星子群和工星子群三大部分。其中，母星是一颗质量和尺寸均较大的功能完整的航天器，用于指挥视星子群与工星子群执行非合作目标的观测与捕获任务。视星子群包含两个以上的微纳卫星，称作视星，主要执行空间非合作目标的抵近观测与三维成像。工星子群包含两个以上的微纳卫星，称作工星，主要执行空间非合作目标的捕获任务。视星和工星均采用立方体卫星技术构建，其尺寸和重量位于微纳级别，即1U到10U之间的大小，形状为立方体或长方体。其中1U为大小10cm×10cm×10cm、重量约1kg的单元。空间非合作目标一般处于失控状态，其姿态不停翻滚，其轨道随空间环境力摄动随机漂移。为实现对空间非合作目标的捕获，工星子群中的多个工星需要协同完成非合作目标的姿态消旋和轨道控制。由于非合作目标不存在对接机构，各工星也无机械臂可用，因此无法采用传统的交会对接或机械臂抓取方法实现上述目的。工星具有独立的轨道和姿态控制能力，且其在接触非合作目标表面的基础上可以将轨道控制力传递给对方。但单独的工星所产生的轨道控制力量级太小，无法对非合作目标进行有效控制，且单个工星也无法产生控制力矩以影响非合作目标的姿态。因此，若能找到一种方法将多个工星的轨道控制力进行累积，并通过合理搭配形成力矩，则有望通过多个工星的协同产生足够的控制力和力矩，进而实现非合作目标的姿态消旋和轨道控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法，从而解决现有技术中存在的前述问题；该方法从而大大降低了非合作目标捕获系统的复杂度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法，所述微纳卫星集群包括母星、视星子群和工星子群；

所述母星，用于为贴附消旋与轨控过程提供相对导航解算和控制指令生成；

所述视星子群，用于为贴附消旋与轨控过程提供所需的目标三维建模与相对状态测量信息；

所述工星子群，用于执行对非合作目标的贴附消旋与轨控；工星子群包括两颗以上的工星；工星安装了轨道控制模块、姿态控制模块、星间无线通信模块和保证工星在轨正常工作的设备；工星通过星间无线通信从母星获取控制指令并实现对目标特定表面的贴附；

贴附消旋与轨控方法包括以下步骤：

微纳卫星集群中的各个工星通过贴附在非合作目标的可贴附表面上进行对后者的姿态及轨道接管控制；

当多个工星贴附在非合作目标的各个表面上后，通过一对工星的轨道控制模块沿相反方向施加的推力形成力偶，产生对非合作目标的合力矩；通过合力矩实现对非合作目标的姿态消旋、姿态稳定及姿态调整；

当非合作目标的姿态翻滚得到消旋后，各工星可进一步通过自身携带的轨道控制模块联合发力，产生对非合作目标的合力，该合力可用于非合作目标的轨道控制。