[发明专利]一种基于绳系收放装置的拖曳离轨方法

权利要求书

1.一种基于绳系收放装置的拖曳离轨方法，其特征在于，在对目标星的整个拖拽过程中，利用任务星上的绳系收放装置输出恒定的张力，所述张力能够保持连接于任务星和目标星之间的系绳张紧且不会断裂；具体包括以下步骤：

步骤1：建立任务星和目标星各自的质心动力学方程和姿态动力学方程，以及系绳的动力学模型；其中，建立系绳的动力学模型中，定义任务星系绳牵挂点和目标星系绳牵挂点的连线矢量为L_tm，方向由目标星系绳牵挂点指向任务星系绳牵挂点，则有：

其中，C_mbi为地心惯性系到任务星本体系的姿态转移矩阵，C_tbi为地心惯性系到目标星本体系的姿态转移矩阵，p_m为任务星本体系下任务星系绳牵挂点矢量，p_t为目标星本体系下目标星系绳牵挂点矢量，r_m为任务星质心在惯性系中的矢量，r_t为目标星质心在惯性系中的矢量；则有：

其中，F_T为系绳张力，L为系绳松弛时的原长，系绳长度形变量ΔL＝|L_tm|-L，D为系绳直径，E为系绳弹性模量，η为系绳阻尼系数；

步骤2：以拖曳方向为目标进行组合体姿态机动；

步骤3：任务星通过系绳拖曳目标星离轨，期间控制组合体姿态，使其朝向拖曳方向。

2.如权利要求1所述的基于绳系收放装置的拖曳离轨方法，其特征在于，步骤1中，地心惯性系下任务星和目标星各自的质心动力学方程为：

其中，μ为地球引力常数，r_m为任务星质心在惯性系中的矢量，r_t为目标星质心在惯性系中的矢量，M_m为任务星质量，M_t为目标星质量，F_th为任务星上施加的轨控推力，F_T为系绳张力。

3.如权利要求1所述的基于绳系收放装置的拖曳离轨方法，其特征在于，步骤1中，任务星与目标星各自的姿态动力学方程为：

其中，I_m为任务星的转动惯量矩阵，I_t为目标星的转动惯量矩阵，ω_m为任务星角速度在任务星本体系下的投影，ω_t为目标星角速度在目标星本体系下的投影，C_mbi为地心惯性系到任务星本体系的姿态转移矩阵，C_tbi为地心惯性系到目标星本体系的姿态转移矩阵，T_c为任务星的姿态控制力矩，F_T为系绳张力，p_m为任务星本体系下任务星系绳牵挂点矢量，p_t为目标星本体系下目标星系绳牵挂点矢量。

4.如权利要求1所述的基于绳系收放装置的拖曳离轨方法，其特征在于，步骤2中，由机动时刻两星相对位置方向为r₁和两星最终相对位置方向r₀＝[1 0 0]确定一个平面，使得在该平面内任务星的喷气方向和机动时刻两星相对位置方向相垂直，且平面法线n＝r₁×r₀；设定任务星的喷气方向为dir，则有dir⊥r₁和dir⊥n；组合体姿态机动过程中任务星的喷气方向由下式计算得到：dir＝r₁×n；姿态机动完成后，设在目标星轨道系下的两星相对速度为V，则姿态机动完成后任务星的喷气方向xc_dir为：

其中，||V||为两星相对速度的模值。

5.如权利要求4所述的基于绳系收放装置的拖曳离轨方法，其特征在于，步骤3中，当两星之间距离小于安全距离后，任务星喷气远离；当两星之间距离达到远离阈值后，任务星停止喷气。