[发明专利]一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法

权利要求书

1.一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述非接触消旋方法包括以下步骤：

步骤1：两个服务航天器到达目标的两侧，并与目标位于同一轨道，到达安全距离范围，且两个服务卫星的姿态控制系统保证线圈始终指向目标；

步骤2：到达步骤1的安全范围内的位置，两个服务卫星均启动星载超导线圈转置，两个卫星携带的超导线圈开始通入方向相同的电流，卫星开始靠近目标并开始绕目标做旋转运动；

步骤3：为了避免和目标发生碰撞，根据目标运动状态，确定两个线圈电流保持同向电流的时间，之后两个星载线圈的电流转变为互异方向，星间电磁力表现为斥力，服务卫星减速靠近目标，到达安全距离范围最近点后反向远离目标到达安全距离范围最远点；

步骤4：到达步骤3的安全距离范围最远点位置，服务卫星利用推进器工作减小编队卫星绕目标的旋转角速度；

步骤5：对翻滚目标的旋转参数进行测量，若目标转速满足要求，则完成空间翻滚目标非接触消旋；若目标转速高于要求，服务卫星超导线圈通同向电流，进行下一个消旋循环，直到目标的旋转运动完全衰减，完成空间翻滚目标非接触消旋。

2.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：两个服务航天器向需要消旋的目标靠近，到达目标的两侧，并与目标位于同一轨道，到达目标表面约20米内的位置；

步骤1.2：基于步骤1.1到达的位置，再利用两个服务航天器所携带的视觉测量系统或激光雷达对目标的几何参数和旋转运动参数进行测量，确定与目标表面的大型附属结构不发生碰撞的安全距离；

步骤1.3：两个服务卫星通过姿态控制机构使携带的超导线圈均指向目标，并通过推进系统调节自身位置，使两个服务卫星到达目标的距离相同。

3.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤1中根据矢量力学，不考虑空间扰动情况，服务卫星相对目标的运动的动力学方程为

其中，ρ为服务卫星相对消旋目标的位置矢量，ω_h为目标的轨道角速度，rt为目标的到地心的位置矢量，μ为引力常数，m_c为服务卫星质量，F_c1c2和F_c1t分别为卫星之间的电磁力和目标对服务卫星的电磁力。

4.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤2在卫星开始靠近目标并开始绕目标做旋转运动时，服务卫星的姿态控制系统保证线圈始终指向目标。

5.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤2根据欧拉方程，目标的姿态动力学表示为：

其中，ω^T为在体坐标系H下的目标角速度，I_t为目标的惯性矩阵，T_t^H为目标受到的电磁力矩表示在体坐标系H下；A_th为轨道坐标系到目标体坐标系的转换矩阵；

根据四元数法，目标的姿态运动可以表示为：

6.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤3在服务卫星反向离开目标的过程中，服务卫星的星载超导线圈的电流再次同向，通过控制电流大小来控制服务卫星到达既定的距离目标安全距离范围最远点位置。

7.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤3中线圈之间的电磁力表示为F_c1c2＝k₁ρ^-5ρ，其中k₁为与线圈电流方向和大小有关的常数。