[发明专利]一种绳系拖曳控制地面试验验证方法及系统

说明书

本发明公开一种绳系拖曳控制地面试验验证方法及系统，使用动力学仿真系统生成目标星和主动星的姿态、轨道运动数据；以动力学仿真系统输出的目标星和主动星的位置、姿态信息驱动双六自由度运动模拟系统产生目标星模拟器和主动星模拟器的位置、姿态运动；通过目标星模拟器上的三维力传感器获得系绳对目标的拉力，通过陀螺仪获得目标星模拟器帆板和本体的姿态信息，将数据传给动力学仿真系统，经过转换处理后将相对状态信息、目标星受力信息发送给GNC计算机进行拖曳控制律解算，将控制指令传给主动星模拟器上的绳系收放装置进行系绳收放控制。本发明用于对失效航天器进行飞网捕获后拖曳移除控制的地面半物理闭环试验，为在轨清障服务提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及绳系拖拽领域，特别涉及一种绳系拖曳控制地面运动试验验证方法及系统。

背景技术

空间技术的应用领域在近一、二十年中得到了飞速的拓展，除了在空间科学应用方面得到继续深化外，随着航天技术的快速发展，越来越多的航天器发射进入太空，随之也有越来越多的老旧航天器故障失效成为了空间碎片。这些空间碎片占据了宝贵的轨道资源，并严重地威胁着在轨运行航天器的安全。

通过飞网捕获目标并将目标拖曳至离轨轨道，是一种新兴的清理空间碎片的方案，并且由于其适应性强，可重复使用等特点受到了广泛的关注和研究。

绳网捕获目标后，主动星和目标星构成以系绳为连接介质的柔性组合体，主动星通过自身的平台控制和绳系收放装置控制，实现对目标星的拖曳离轨，并保证在拖曳过程中绳系系统不发生振荡发散、缠绕等情况。

由于地面无法长时间模拟空间失重环境，因此目前绳系拖曳控制的地面半物理试验都是采用桌面联调方式，绳系拖曳过程中的力学特性都是靠数学仿真进行保证。本发明提出一种绳系拖曳控制的地面试验验证方法，通过运动模拟系统模拟两星的轨道、姿态运动，通过安装测力装置和陀螺，实现系绳真实拉力的测量并反馈到动力学系统，从而实现用真实的受力模型进行绳系拖曳控制方法的地面试验验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绳系拖曳控制地面试验验证方法及系统，其是采用飞网捕获失效目标后对目标的拖曳离轨控制方案的地面半物理验证方法，能够真实模拟绳系系统在轨受力状态，进行拖曳控制方案的地面半物理验证，本发明利用两个六自由度模拟主动星和目标星轨道、姿态运动，并通过安装力测角单元直接获得系绳对目标的拉力，可用于对失效航天器进行飞网捕获后拖曳移除控制的地面半物理闭环试验，从而为在轨清障服务提供技术支撑。

为了达到上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种绳系拖曳控制地面试验验证系统，包含：主动星模拟器，安装在第一六自由度运动模拟器上；绳系收放装置，其一端与所述主动星模拟器连接，另一端与系绳连接；目标星模拟器，安装在第二六自由度运动模拟器上；所述目标星模拟器的帆板上设有用于测力的三维力传感器且所述三维力传感器与系绳连接；目标星模拟器的帆板上与目标星本体上分别设置有用于测角度的陀螺仪；动力学仿真机，用于对所述目标星模拟器和所述主动星模拟器的轨道、姿态初值进行设定与仿真，并驱动对应的六自由度运动模拟器运动，目标星模拟器和主动星模拟器产生平动和转动运动；所述动力学仿真机接收所述目标星模拟器的三维力传感器和陀螺仪的测量数据，用以获取绳系收放装置的系绳对所述目标星模拟器的真实拉力；GNC计算机，与所述动力学仿真机连接，接收所述动力学仿真机发送的目标星模拟器与主动星模拟器的姿态、轨道数据，解算拖曳控制律并控制所述系绳收放装置进行系绳的收放。

优选地，所述动力学仿真机分别与目标控制上位机和目标控制下位机相连，以及所述目标控制上位机与所述目标控制下位机也相连；所述主动星模拟器、所述目标星模拟器和所述目标控制下位机相连，使得所述目标控制下位机实时获取目标星模拟器和主动星模拟器的姿态、轨道数据，以及所述目标控制下位机还与所述第一六自由度运动模拟器和所述第二六自由度运动模拟器连接，用于实时驱动对应的六自由度运动模拟器运动。