[發明專利]空間翻滾目標電磁消旋微小消旋力測試平臺及其測試方法

有效

• 申請號: 201711335186.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108168757B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 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: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 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

本發明提供了一種空間翻滾目標電磁消旋微小消旋力測試平臺及其測試方法，屬于空間翻滾目標消旋控制力測試技術領域。包括大理石隔振臺、工業機器人底座、單自由度直線氣浮導軌、滑塊、轉臺、右限位塊、左限位塊、目標衛星、噴管、右側太陽帆板、左側太陽帆板、右側拉力計、左側拉力計、右側可調彈性桿、左側可調彈性桿、工業機器人和電磁消旋末端執行器。滑塊上方轉臺提供兩個測量工位，利用雙拉力計結構測量氣浮導軌啟動摩擦力f₀，及微小電磁消旋力在X、Y方向的分量，實現二維電磁消旋力的測量。該平臺適合安裝不同質量及尺寸的目標衛星，氣浮導軌、滑塊、轉臺及其附件均為花崗巖材料制造，適于靜電、電磁環境下微小電磁消旋力的測量。

技術領域

本發明涉及一種空間翻滾目標電磁消旋微小消旋力測試平臺及其測試方法，屬于空間翻滾目標消旋控制力測試技術領域。

背景技術

隨著人類太空探索及各類航天任務的增多，在軌遺留的大量太空垃圾對空間環境及在軌航天器的安全構成嚴重威脅。對空間碎片的主動移除已成為各大航天機構的研究熱點。由于自身姿控系統失效，空間碎片在空間攝動力影響下會出現翻滾運動，因此在抓捕前對其進行消旋是必不可少的階段。

為保證翻滾空間碎片消旋過程中的安全性，非接觸的消旋方式成為首選。通常可借助星間庫侖力、電磁力、氣體脈沖、激光和粒子束轟擊方法對翻滾目標進行消旋。但這些消旋方式在進行地面驗證都會遇到一個問題，如何精確測量非接觸消旋力？通常這類消旋力都在百mN數量級，以失效衛星這類空間碎片為例，其質量通常在幾十到幾百Kg，采用C1精度(0.01％)稱重測量系統，達到mN級測力精度時其量程只有1Kg，即使對于質量為幾到幾十Kg的小衛星，分辨率也難以滿足需求。對于這類大載荷、小推力的工況進行測量需要采用新的測試系統進行測量。

在傳感器分辨率難以大幅提升的情況下，采取質量平衡的方法抵消目標本身的質量則有利于微小力的測量。中國專利號ZL201210316957中提出了一種磁懸浮的方法利用高溫超導體將目標懸浮起來，然后測量作用于目標上的微小力。但是當應用于翻滾目標靜電消旋和電磁消旋力的測量時，高溫超導體本身磁場會對靜電及電磁消旋產生干擾，造成消旋力失真，而采用氣浮的方式可以很好的避免這一現象，讓測量平臺對各類消旋方式具有通用性。通常氣浮系統摩擦系數可達到10^-5數量級，見文獻Rybus T,Seweryn K.Planarair-bearing microgravity simulators:Review of applications,existing solutionsand design parameters[J].Acta Astronautica,2016,120:239-259；幾十kg的目標浮起時，摩擦力為mN數量級，輔助相應的測試系統，可以經濟方便地實現電、磁環境下無干擾的消旋力的測量。

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，進而提供一種空間翻滾目標電磁消旋微小消旋力測試平臺及其測試方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種空間翻滾目標電磁消旋微小消旋力測試平臺及其測試方法，包括：大理石隔振臺、工業機器人底座、單自由度直線氣浮導軌、滑塊、轉臺、右限位塊、左限位塊、目標衛星、噴管、右側太陽帆板、左側太陽帆板、右側拉力計、左側拉力計、右側可調彈性桿、左側可調彈性桿、工業機器人和電磁消旋末端執行器。

其中，工業機器人與單自由度直線氣浮導軌分別固定在相互獨立的工業機器人底座和大理石隔振臺上。工業機器人另一端與電磁消旋末端執行器固連。滑塊在單自由度直線氣浮導軌上方，在滑塊兩側安裝有右限位塊和左限位塊，轉臺與滑塊固連，轉臺上安裝目標衛星，目標衛星由噴管、右側太陽帆板和左側太陽帆板構成。右側拉力計、左側拉力計固定在單自由度直線氣浮導軌上。右側拉力計、左側拉力計與滑塊之間分別采用右側可調彈性桿、左側可調彈性桿固連。

所述單自由度直線氣浮導軌材料包括花崗巖，長度為500mm，直線度為1μm。