[發明專利]利用軸向磁場對空間非合作目標進行消旋及章動控制方法

有效

• 申請號: 201711335175.8
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108045599B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 路勇;劉曉光;尹遠浩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

本發明提供了利用軸向磁場對空間非合作目標進行消旋及章動控制方法，屬于空間非合作目標消旋控制方法技術領域。本發明設計了由多組三相線圈構成的盤式軸向磁場源結構，通過控制磁場源勵磁參數在空間形成旋轉磁場，根據空間非合作目標的轉動狀態，分別通斷每一組旋轉磁場源，保證疊加后磁場在空間非合作目標表面感生出的消旋力矩始終衰減空間非合作目標自旋角速度及章動角。本發明中磁場無需與空間非合作目標旋轉方向垂直，避免了空間非合作目標上太陽帆板等機構對消旋過程的干擾，并且在衰減空間非合作目標自旋角速度的同時能夠控制章動角不發散，保證消旋過程中空間非合作目標姿態的穩定性。

技術領域

本發明涉及利用軸向磁場對空間非合作目標進行消旋及章動控制方法，屬于空間非合作目標消旋控制方法技術領域。

背景技術

大量太空中殘存的非合作目標，包括火箭推進器、失效衛星、航天器任務拋棄物、航天器解體及碰撞衍生物等對人類航天事業的發展構成了巨大威脅，對空間非合作目標的主動移除工作也迫在眉睫。通常，空間非合作目標已失去姿態調整能力，且長期處于失控狀態運行，受太陽光壓、重力梯度以及自身殘余角動量等攝動力矩的影響，往往會出現翻滾運動。在空間環境等非主動力作用下，自由漂浮物體的旋轉速度通常可以達到6°/s，攜帶推進系統的航天器在控制系統失效后旋轉速度可能在短期內增加到幾十甚至上百°/s。對于這類翻滾非合作目標，難以對其實施直接捕獲，消旋后再捕獲是較為可行的方式。

利用電磁力對空間非合作目標進行消旋的方法已得到廣泛研究，Gomez等(Eddycurrents applied to de-tumbling of space debris:Analysis and validation ofapproximate proposed methods[J].ActaAstronautica,2015,114:34-53)提出利用單個線圈構造均勻磁場衰減目標垂直于磁場方向的角速度分量。中國專利201510829251《一種空間非磁化金屬碎片直流消旋磁場控制方法》提出了利用三相亥姆霍茲線圈構造方向可控磁場，根據目標運動狀態控制磁場方向保證磁場始終與目標旋轉方向垂直。

考慮到非合作目標失效后運動方式會衰減為沿著主軸方向進行自旋(MARSHALL HK,BRADLEY B,ROBERT B,et al.Engineering issues for all major modes of in situspace debris capture[C]//AIAA SPACE 2010ConferenceExposition,Anaheim:AIAA,2010)，如若非合作目標上附有太陽帆板等裝置，那么目標自旋時太陽帆板也會隨本體轉動。現有的空間非合作目標消旋控制方法存在一定的缺陷，例如：垂直自旋軸構造消旋磁場源會與太陽帆板造成干涉，距離過近存在碰撞風險，距離過遠則磁場減弱，消旋效果大打折扣。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種利用軸向磁場對空間非合作目標進行消旋及章動控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

利用軸向磁場對空間非合作目標進行消旋及章動控制方法，包括以下步驟：

步驟一：在空間非合作目標上表面布置消旋磁場源，磁場方向與空間非合作目標自旋軸方向平行；

步驟二：根據空間非合作目標(2)的章動運動狀態，確定空間非合作目標(2)磁場源驅動的線圈，在空間非合作目標(2)表面感生出控制力矩T＝r×F，其中消旋力矩分量為T₁，章動控制力矩分量為T₂，F為作用于目標表面的控制力，r為目標質心到該控制力作用點處的位置矢量。