[发明专利]多星超长基线复合编队方法

说明书

本发明涉及一种多星超长基线复合编队方法，属于航天技术领域。卫星本体与载荷模块之间采用分离式驱动平台相连接，由两个载荷模块和一个服务模块组成超静超稳卫星，通过粗精两级编队实现超长基线复合编队。首先将卫星本体与载荷模块进行电磁锁紧或主动控制实现刚性连接，卫星本体携带载荷模块进入预定轨道并进行卫星本体间相对运动及指向控制。其后，分离式电磁作动器释放，作为执行机构配合生成三轴控制力和三轴控制力矩，控制载荷模块间相对运动及指向。最后释放无拖曳检验质量，载荷模块通过分离式电磁作动器实现无拖曳控制，卫星本体通过星上执行机构对载荷模块进行跟随，多颗卫星同时进行以上控制，实现超长基线复合编队系统。

技术领域

本发明属于航天技术领域，涉及一种多星飞行编队控制方法，特别涉及一种多星超长基线复合编队方法。

背景技术

由于地面引力波实验难以隔离低频扰动，近年来对天基多星引力波探测的需求不断增加。天基引力波探测是在十万公里级轨道高度多星进行编队飞行，星间基线在十万至上百万公里，卫星两两形成一干涉仪，通过激光测距仪精确测量相邻卫星搭载的检验质量间的距离变化。为了保证超长基线的激光测距性能，星间指向精度需要控制在纳弧度量级，这对卫星的超静超稳设计和高精度控制要求极高。

为满足这类超长基线空间科学任务的编队超精指向及超静超稳要求，传统的引力波探测卫星采用无拖曳控制技术，卫星本体要求进行超静超稳设计，包括采用高刚性结构来防止柔性附件的耦合振动，以及为避免旋转部件产生微振动，卫星姿态控制采用微牛级微推力器控制，增加了卫星系统设计的复杂度和难度。为了降低卫星平台的设计复杂度，进一步提高编队控制精度，本发明针对超长基线多星高精度编队应用背景，提出一种采用分离式卫星的多星复合编队方法。分离式设计能隔离卫星平台扰动，卫星本体无需进行超静超稳设计，载荷模块可实现星间超高精度指向控制及超静无拖曳控制。

文献“申请公布号是CN107554817A的中国发明专利”公开了一种卫星复合编队方法，针对主从式编队卫星姿轨控制问题，分别通过卫星本体的微推力器及在卫星本体与载荷之间设计的分离式主动隔振与六自由度控制系统进行两级粗精复合编队，对卫星本体和载荷的六自由度均进行精确控制。该编队方式只适合短基线的分布式光学成像等领域，在超长基线下应用受限。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有引力波干涉卫星超静超稳编队设计的不足，不能实现超长基线下复合编队，本发明提供一种多星超长基线复合编队方法。

技术方案

本发明的卫星本体与载荷模块之间采用分离式驱动平台相连接，由两个载荷模块和一个服务模块组成超静超稳卫星，通过粗精两级编队实现超长基线复合编队。首先将卫星本体与载荷模块进行电磁锁紧或主动控制实现刚性连接，卫星本体携带载荷模块进入预定轨道并进行卫星本体间相对运动及指向控制。其后，分离式电磁作动器释放，作为执行机构配合生成三轴控制力和三轴控制力矩，控制载荷模块间相对运动及指向。最后释放无拖曳检验质量，载荷模块通过分离式电磁作动器实现无拖曳控制，卫星本体通过星上执行机构对载荷模块进行跟随，多颗卫星同时进行以上控制，实现超长基线复合编队系统。

一种多星超长基线复合编队方法，其特征在于：一颗卫星搭载两个载荷模块，每个载荷模块上装有一引力波检测质量块，卫星本体与两个载荷模块之间分别通过8个分离式电磁作动器相连接；分离式连接界面采用八杆各向同性构型；步骤如下：

步骤1：在粗编队阶段，卫星本体与两个载荷模块间的分离式电磁作动器分别刚性连接；卫星两两之间建立当地参考轨道坐标系，描述双星本体及载荷相对运动，建立星间指向运动模型；所述的当地参考轨道坐标系为：