[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

说明书

本发明公开了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。该方法利用两个搭载高温超导线圈的小卫星组成电磁编队，到达非合作目标两侧，营造包络目标的空间可控磁场；通过控制星载线圈电流的大小和方向及编队卫星的姿态，实现两个服务卫星不断的靠近、远离目标。利用目标上的导体相对线圈磁场运动而感应的涡流力矩实现目标和线圈系统的非接触电磁作用，吸收目标的角动量，并在最远点利用推进剂消耗服务卫星系统的角动量。本发明为了解决非合作目标复杂的翻滚运动而难以实施捕获的问题。

技术领域

本发明属于控制技术领域；具体涉及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。

背景技术

随着人类对空间技术探索与拓展应用步伐的加快，越来越多的航天器被送入太空，特别是近年来商业航天异军突起，动辄数千甚至上万颗星座计划不断出台并启动实施，使得空间碎片危害和轨道资源匮乏问题日益凸显。它们一方面占据了稀缺的轨道资源，带有潜在的碰撞风险，严重影响了航天器在轨运行安全，对宇航员生命安全造成威胁，增加航天器的发射成本。另一方面，空间碎片的清理和失效卫星的抢救同时也蕴含着巨大的商业或军事价值。如果能够对这些空间非合作目标实施维修作业，进行模块更换、在轨加注或辅助飞行，就可以将其转化为工作状态，有效延长在轨服役时间，降低补网风险及成本。因此，近年来，各航天大国纷纷开展在轨服务研究，希望通过建立服务卫星与空间漂浮对象的物理连接来实施失效卫星的轨道移除和可维修卫星的操控作业。

由于飞轮系统剩余角动量及空间干扰力矩作用，失效卫星一般会有复杂的翻滚运动，且角速度变化范围较大(转速可达几百度每秒)。目前，空间机械臂可直接捕获的物体转速不超过4-6deg/s，而且即使完成捕获，目标翻滚的巨大惯量也会导致服务卫星的姿态失控。对空间非合作目标卫星实施有效消旋，以降低由于其运动不确定性及翻转惯量对服务卫星带来的作业风险，成为在轨服务领域研究的焦点。

接触式消旋需要抵近操作，消旋过程中发生碰撞的风险大，对服务卫星的导航制导和控制精度要求高，应用的可靠性偏低。非接触消旋技术中的气体离子消旋方法对燃料损耗较大，同时对目标几何形状有较高要求；激光烧蚀消旋受到表面材料特性影响，并具有侵入性，容易产生新的碎片；利用单一超导线圈及旋转永磁阵列的电磁消旋会在服务卫星和目标之间引入附加电磁斥力，服务卫星姿态控制难且燃料损耗大。

发明内容

本发明提供了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，为了解决非合作目标复杂的翻滚运动而难以实施捕获的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

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，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。

进一步的，所述步骤1具体包括以下步骤：