[发明专利]大型空间碎片机械冲击主动消旋冲击位姿计算方法

摘要

本发明为大型空间碎片机械冲击主动消旋冲击位姿计算方法，该方法能够计算空间碎片上冲击点的位置，使用机械冲击该位置时即可使空间碎片的角动量减小，达到空间碎片消旋的目的。相比于之前使用随机冲击的方式进行消旋提高了工作效率，保证冲击不会使空间碎片的角动量增大，提高了消旋作业的安全性。在仿真实验中使用此方法进行消旋，经过一次冲击后空间碎片的总角动量由50668N·mm·s降低到了38211N·mm·s。

主权项

1.一种大型空间碎片机械冲击主动消旋冲击位姿计算方法，包括如下步骤：第一步、计算自转轴的角动量：已知空间碎片的半径为r，长度为l及空间碎片质量m，空间碎片上轴端中心位置处为A点，以空间碎片的质心为原点O；已知t时刻空间碎片上轴端中心位置处位置坐标A(x，y，z)、自转轴的角速度ω₁，计算出由原点O指向A点的单位向量根据计算出自转轴的转动惯量J₁，最后根据计算自转轴的角动量第二步、计算章动轴及进动轴的角动量：已知t时刻空间碎片上轴端中心位置A处速度V_A(V_Ax，V_Ay，V_Az)、章动轴的角速度ω₂，计算出该速度的单位向量设L₂的单位向量为则计算得到L₂的单位向量为根据计算出空间碎片的章动轴及进动轴的转动惯量J₂，最后根据计算章动轴及进动轴的角动量第三步、计算空间碎片总角动量：根据向量的矢量合成原则计算空间碎片总角动量为此时即计算出了总角动量的大小及方向、单位向量第四步、计算冲击位置：假设空间碎片表面上某一处冲击位置为P₁，空间碎片中心为O，未知数为s，根据求出P₁点的坐标；根据求出与P₁点关于中心对称的另一点为P₂，则确定出空间碎片的两个冲击点的位置即P₁、P₂；第五步、计算冲击姿态：假设冲击时正压力为F_N，冲击橡胶球与空间碎片表面间的摩擦系数μ，由f＝μ*F_N计算出摩擦力f；设摩擦力的单位向量为则此单位向量满足以下条件：对比第二步中t时刻空间碎片上轴端中心位置处速度的单位向量所满足的条件可知则冲击力为摩擦力和正压力的矢量和，即