[发明专利]一种基于机器人编队的太空垃圾智能清理系统

说明书

本发明公开了一种基于机器人编队的太空垃圾智能清理系统，包括多个呈编队飞行或者编队作业状态的机器人卫星；每个机器人卫星均包括机器人本体，以及搭载在机器人本体上的通信模块、电磁吸附模块、激光烧蚀模块、能源模块、控制模块、探测模块和微处理器。本发明通过MIMO雷达探测目标区域的太空垃圾，此后经过目标识别、跟踪、航迹管理等相关处理后将信息传回处理器，同时对目标尺寸进行识别。垃圾清理通过编队机器人处理，可集合协同回收较大尺寸太空垃圾，任务完成后进行编队队形重构，返回巡航轨道。本智能太空垃圾清理系统考虑了不同尺寸范围的太空垃圾，灵活组合，降低了自身损毁率，提高了单次轨道周期碎片清理的效率。

技术领域

本发明涉及太空垃圾清理技术领域，具体而言涉及一种基于机器人编队的太空垃圾智能清理系统。

背景技术

太空垃圾一般在高300-450公里的近地轨道上以每秒7-8公里，而在36000公里高度的地球静止轨道上则以每秒3公里的速度高速运动，根据轨道倾角碰撞时的相对速度可达每秒 10公里以上，因此具有巨大的破坏力。太空垃圾若与运作中的人造卫星、载人飞船或国际空间站相撞，会危及到设备甚至宇航员的生命，据计算一块直径为10厘米的太空垃圾就可以将航天器完全摧毁，数毫米大小的太空垃圾就有可能使它们无法继续工作。而太空垃圾已经成为了国际问题，自上世纪20世纪50年代超级大国进军宇宙以来，人类已经发射了四千多次航天运载火箭。据不完全统计，太空中现有直径大于10cm的太空垃圾九千多个，大于1.2cm 的有10万个以上，而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒个数能数以百万计。这些太空垃圾飞行速度极快(6-7km/秒)，杀伤力极大：一块10克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆100km/ 时的小汽车相互碰撞，卫星会在1.5秒内被打穿或直接击毁。截止2016年11月，大约有1 亿块太空垃圾环绕地球运行，其中27000块直径超过10厘米，由美国宇航局和国防部进行跟踪。每块太空垃圾的运行速度均达到28000公里/小时。因此太空垃圾清理刻不容缓，但目前太空垃圾清理方案大多注重于单体机器人的工作性能和方法，忽视了协同合作的思路。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于机器人编队的太空垃圾智能清理系统，结构简单，降低工业生产成本的同时，统筹规划，提高了单次轨道周期的碎片清理效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提出了一种基于机器人编队的太空垃圾智能清理系统，所述太空垃圾智能清理系统包括多个呈编队飞行或者编队作业状态的机器人卫星；每个机器人卫星均包括机器人本体，以及搭载在机器人本体上的通信模块、电磁吸附模块、激光烧蚀模块、能源模块、控制模块、探测模块和微处理器；

所述能源模块用于提供机器人卫星飞行和作业的动力；所述通信模块用于与编队中的领航者或卫星进行双工通信；

所述探测模块包括MIMO雷达，用于对太空轨道上的碎片进行定位与跟踪；所有机器人卫星的探测模块构成一个整体的MIMO雷达探测系统，MIMO雷达探测系统采用分布式处理方式，使每个机器人卫星分别承担部分对清理目标进行探测、收集、计算和评估的任务；

所述微处理器接收探测模块发送的定位和跟踪信息，对清理目标进行评估，调配与清理目标相适配的多个机器人卫星协调合作完成清理任务；每个机器人卫星根据微处理器下发的指令，调用电磁吸附模块吸附空间碎片，以及对于直径小于等于10cm的空间碎片，采用激光烧蚀模块进行汽化处理，对于直径大于10cm的空间碎片，调整队形，与其他机器人卫星协同运输将其推入大气轨道；

所述微处理器根据机器人卫星的工作状态采用不同的控制策略控制机器人编队：

当机器人卫星处于无任务巡航状态时，微处理器以续航最长为约束条件，采用脉冲控制策略或者阈值控制策略，使机器人卫星以主卫星为中心进行绕飞运动；