[發明專利]磁吊綜合補償自由基座空間任務跨尺度驗證裝置

有效

• 申請號: 201710421847.0
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107244430B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 賈英民;段猛;賈嬌;孫施浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出的磁吊綜合補償自由基座空間任務跨尺度驗證裝置包括自由基座系統、吊絲綜合機電補償系統、磁懸浮系統、實驗航天器系統、協調控制系統、通信系統與控制中心，利用跨尺度等效理論和相似理論將空間目標的軌道運動變換成地面自由基座期望的相似運動，進一步通過自由基座精確跟蹤期望的相似運動，從而實現運動學等效；利用吊絲懸吊補償與磁懸浮相結合的混雜重力補償方法實現空間微重力運動環境再現，進而實現空間任務的地面再現，完成空間任務地面的完整過程驗證。

技術領域

本發明屬于航天器導航、制導與控制系統地面驗證技術領域，具體涉及空間任務地面運動再現跨尺度驗證平臺。

背景技術

航天工程的發展程度決定能否搶占高科技制高點，能否最大程度的利用太空資源，我國正積極開展航天技術研究，為了順利在極其惡劣太空環境完成航天任務，必須在地面進行充分的實驗驗證，將航天器在太空中的運動在地面再現，可以充分驗證航天器在空間任務的各個環節，保證航天任務的順利完成。航天器在太空環境運動最明顯的特征是微重力環境下的軌道運動，而地面實驗室為有重力環境，為了在地面再現航天器空間微重力環境中的真實運動情況，提高地面驗證導航、制導與控制系統實驗的置信度，需要在地面為航天器六自由度運動建立一個與空間真實狀況相近的無約束微重力環境并模擬其軌道運動。現有的實現微重力這個目標的手段有液浮法，失重法、氣浮法、懸掛法。失重法常見的為拋物飛行和自由落體，此方法的缺點是時間短、占用的空間大、能夠提供的空間有限并且成本高；液浮法阻尼大、維護成本高且只適合低速運動的情況，且上述方法均未考慮航天器的軌道運動，氣浮法與懸掛法系統結構相對簡單，易于建立實驗室中的無約束微重力環境，但氣浮法一般只能實現五自由度運動，在豎直方向的運動受限。懸掛法所占用的空間小、不受時間空間的約束，是重力補償常用的方法且易于實現。懸掛法一般可以分為主動重力補償和被動重力補償，被動重力補償的補償精度較低，對試驗效果有較大影響；主動重力補償能夠提高補償精度，但目前主動重力補償方法一般通過單點懸掛提供三自由度運動空間或多點懸掛提供六自由度運動空間，針對實現航天器運動再現這個目標，三自由度運動空間顯然不夠，多點懸掛所提供的六自由度空間會由于結構復雜、系統難控導致試驗效果不佳。而現有的驗證空間任務的地面實驗系統大都不能模擬航天器的軌道運動：一類是建立在固定軌道上，無法模擬航天器的機動變軌運動，另一類只考慮航天器的相對軌道運動，忽略絕對軌道運動。因此急需發展一種既能模擬航天器軌道運動又能模擬空間微重力環境的空間任務驗證系統

發明內容

本發明提出的磁吊綜合補償自由基座空間任務跨尺度驗證裝置利用跨尺度等效理論和相似理論將空間目標的軌道運動變換成地面自由基座期望的相似運動，進一步通過自由基座精確跟蹤期望的相似運動，從而實現運動學等效；利用吊絲懸吊補償與磁懸浮相結合的混雜重力補償方法實現空間微重力運動環境再現，進而實現空間任務的地面再現，完成空間任務地面的完整過程驗證。

本發明的技術方案：

磁吊綜合補償自由基座空間任務跨尺度驗證裝置包括自由基座系統、吊絲綜合機電補償系統、磁懸浮系統、實驗航天器系統、協調控制系統、通信系統與控制中心。

所述自由基座系統包括基座主體、全向輪及驅動電機、攝像頭、激光測距儀、距離傳感器、多目標任務通信模塊與數據采集控制模塊。基座主體的兩側各安裝有一組全向輪及驅動電機，激光測距儀與攝像頭安裝在基座主體的同側，距離傳感器分布在基座主體的四周，數據采集控制模塊處理自由基座系統中傳感器所得到的信息，對自由基座進行定位并發出控制信息。基座主體內部固定有自由基座系統的采集控制模塊、吊絲綜合機電補償系統的采集控制模塊、磁懸浮系統的信號發生器、采集控制模塊與實驗航天器系統的數據通信模塊、數據采集控制模塊與協調控制模塊。