[發明專利]一種自主協同的航天器集群體系及運行方法

有效

• 申請號: 201210581859.7
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103076808A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張育林;王兆魁;蔣超;范麗;安梅巖;黨朝輝;楊雪榕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B19/418
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 趙建剛

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，尤其涉及一種具備自主運行能力、網絡信息連接、資源共享接口的航天器集群體系及運行方法。

背景技術

現有的空間航天器一直受到各種不確定因素的威脅和設計壽命的限制，在傳統方式下，某一微小部件的故障或失效都很可能導致整個系統的報廢，從而將會造成巨大的人力、物力浪費。發展具有創新性的空間技術和理論，研制和試驗具有高機動性、可靠性、自主性和經濟性的新型天基系統，一直以來，都是各國空間技術研究者努力的方向。

為了保證航天器在復雜空間環境中長期正常工作，目前主要采用為航天器提供在軌服務的方法來最大限度地延長航天器的在軌壽命?！霸谲壏铡钡母拍钤缭?0世紀60年代就已經提出了，隨著40多年的發展，形成了以增強航天器性能、延長航天器使用壽命、降低費用和風險為目的，以在軌燃料加注、維護修復、功能更換和升級在軌組裝等為內容的在軌服務技術。雖然在軌服務技術能夠起到延長航天器使用壽命和提升航天器性能的作用，但是，在軌服務不具備自主性和快速響應能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具備自主運行能力、網絡信息連接、資源共享接口的航天器集群體系及運行方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種自主協同的航天器集群體系，所述航天器集群體系主要由至少一個具備了自主運行能力、網絡信息連接和資源共享接口的節點航天器群組成；所述節點航天器群中的各節點航天器通過空間自組織網絡相互連接。

優選的，所述節點航天器群是群節點航天器在一定空間范圍內利用空間自組織網絡、共享導航和集群飛行模式所構成的，能夠自主進行資源調度、任務規劃、任務重構和失效重組的航天器群；所述節點航天器群能夠根據接收到的任務的特點，自主調用所述節點航天器群的集群資源，構成任務子群；所述節點航天器群并能根據所述任務的需要，增加、替換節點航天器，實現任務重構或失效重組。

優選的，所述節點航天器是具備自組織管理和信息資源共享功能的模塊航天器和/或安裝了自組織管理和信息資源共享接口的傳統航天器；所述節點航天器具備自組織通信能力、導航信息共享能力、資源共享能力和自主管理與控制能力。

優選的，所述節點航天器均具備基本在軌資源，所述資源是任務載荷和/或功能載荷；所述節點航天器包括基本生存模塊和特定功能模塊。

優選的，所述基本生存模塊主要由集群飛行控制器、無線自組織網絡節點設備、基礎電源供給設備和絕對導航模塊組成；無線自組織網絡節點設備、基礎電源供給設備和絕對導航模塊分別與所述集群飛行控制器連接。

優選的，所述集群飛行控制器主要由任務管理與控制信息處理單元和自主導航信息處理單元組成；所述基礎電源供給設備主要由太陽電池組組成；所述絕對導航模塊主要由GNSS接收機和星敏感器組成。

優選的，所述特定功能模塊是用于完成特定功能而承載于所述基本生存模塊上的功能模塊；所述功能模塊包括：對地通信功能模塊成像功能模塊和數據處理功能模塊中的一種或幾種。

一種自主協同的航天器集群體系的運行方法，

所述航天器群的節點航天器以共享導航和集群飛行模式飛行，通過空間自組織網絡相互通訊，根據有/無任務自動調整編隊構型；

當所述航天器群接收到任務指令時，根據任務類型自主進行資源調度、任務規劃、任務重構和失效重組，進而完成所述任務。

優選的，所述集群飛行是所述節點航天器群形成系統任務能力的基礎；所述集群飛行是在非執行任務狀態下，根據各所述節點航天器控制能力強弱和軌道動力學特性，采用主動或被動的控制模式，形成長期維持的松散編隊；在執行任務狀態時，各所述節點航天器構成任務子群協同飛行；所述任務子群中的一部分所述節點航天器直接面向任務，保持特定的編隊構型，另一部分所述節點航天器提供通信、計算、導航服務。

優選的，所述空間自組織網絡是所述節點航天器群形成系統能力的信息基礎，能夠實現各所述節點航天器之間的自組織信息交換，為共享導航、協同控制提供基礎平臺；所述空間自組織網絡具有網絡自發現、拓撲自識別路由自形成的能力，能夠適應系統規模和通信拓撲結構的動態變化；所述空間自組織網絡中的各所述節點航天器通過多跳信息傳遞方式，實現所述空間自組織網絡內任意節點航天器間的通信；

和/或