[發明專利]一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法及裝置

有效

• 申請號: 201811469747.6
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109592080B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 張元文;楊樂平;朱彥偉;戚大偉;黃渙;甄明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明屬于航天衛星技術領域，涉及一種系繩?電磁協同控制的微納星柔性回收方法及裝置。回收方法步驟為：S1、建立電磁捕獲系統操控動力學模型；S2、母星接收微納星發出的回收指令；S3、根據電磁捕獲系統操控動力學模型，母星通過卷揚機構向微納星發射電磁捕獲系統；S4、電磁捕獲系統飛行進入電磁場?永磁場相互作用空間范圍，母星通過指令實現電磁捕獲系統與永磁體柔性對接，形成對接組合體；S5、母星通過卷揚機構與電磁捕獲系統相連接的系繩拉回電磁捕獲系統；S6、母星與對接組合體實現硬對接。回收裝置包括卷揚機構、電磁捕獲系統、系繩和永磁體；本發明利用系繩質量輕、展開距離遠、收放方便可控等優勢且不消耗推進劑、無羽流污染。

技術領域

本發明屬于航天衛星技術領域，具體涉及一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法及裝置。

背景技術

隨著航天技術的發展，微納星功能逐漸強大，其作為功能模塊用于在軌組裝、對母星及周圍環境進行態勢感知等軍事應用的作用空間逐漸擴展。然而，限于體積及功耗約束，微納星需經常性與母星進行對接以實現推進劑加注、能源補充、模塊更換/升級等操作，且其所帶的有限能源主要用于功能性任務。因此，微納星與母星對接需探索創新手段，即不消耗或低消耗微納星推進劑或能源。

目前，微納星回收主要采用本身自帶冷氣推進、母星機械臂、飛網捕獲、魚叉捕獲等方法。

微納星自帶冷氣推進回收：微納星通過自帶冷氣推進與母星進行對接以實現回收，為成熟的微納星在軌回收方式，消耗推進劑、要求高精度的相對導航與接近控制能力；由于微納星質量/體積限制，其所攜帶的推進劑非常有限，一般用于特定的有效任務(如繞母星飛行觀測等)，而諸如與母星分離、返回等一般不采用冷氣推進回收方式。

母星機械臂抓捕：母星通過多自由度機械臂抓捕微納星以完成回收，為成熟的微納星在軌回收方式；由于質量/體積限制，母星機械臂操控空間范圍有限，目前最遠僅為幾十米，對與母星相距較遠的微納星無能為力；另外，機械臂抓捕對相對導航與接近控制能力也較高。

飛網/魚叉捕獲：母星通過系繩收放裝置發射出系繩所連接的飛網、魚叉捕獲微納星，然后進行后續離軌拖曳、切斷系繩、母星返回任務軌道等操作，主要針對失效衛星等非合作目標，對合作目標優勢不大；對微納星存在致命傷害，捕獲后微納星后續任務能力基本喪失。

總的來說，現有的微納星回收方法具有作用距離近、推進劑消耗大、相對導航/控制需求高、損害微納星能力等不足，需要進一步改進。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明綜合利用系繩的質量輕、展開距離遠、收放方便可控等優勢，以及電磁對接的不消耗推進劑、無羽流污染、連續/可逆/同步/自對接等高精度控制能力，可實現相距母星較遠距離(不低于幾百米)的微納星在軌柔性回收操控。與上述其他現有技術相比，具有作用距離遠、不消耗推進劑、相對導航/控制需求低、不損害微納星能力等優勢。具體技術方案如下：

一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法，包括以下步驟：

S1、建立電磁捕獲系統操控動力學模型；

S2、母星接收微納星發出的回收指令；

S3、根據電磁捕獲系統操控動力學模型，母星通過卷揚機構向微納星發射捕獲系統；

S4、電磁捕獲系統飛行進入‘電磁捕獲系統-微納星永磁體的磁場相互作用范圍’，基于母星-微納星間相對位置/姿態測量信息，母星通過指令實現電磁捕獲系統電流控制，使其與永磁體柔性對接，形成對接組合體；

S5、母星通過卷揚機構與電磁捕獲系統相連接的系繩拉回對接組合體；

S6、母星與對接組合體完成硬對接，進而實現微納星與母星之間的電、氣和液通道連接。

進一步地，所述步驟S1的具體過程為：