[發(fā)明專利]小天體探測器多節(jié)點柔性連接方法

有效

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• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112395795B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 徐瑞;王棒;崔平遠;朱圣英;李朝玉;尚海濱;梁子璇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/18;G06Q10/06;B64G1/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明公開的小天體探測器多節(jié)點柔性連接方法，屬于航空航天領域。本發(fā)明實現(xiàn)方法為：獲取場景信息，包括小行星的重力加速度，節(jié)點數(shù)、節(jié)點初始速度及位置。將柔性機構(gòu)等效為帶阻尼的彈簧，考慮附著過程節(jié)點的弱引力連續(xù)碰撞，基于恢復系數(shù)法建立瞬間碰撞模型，獲取碰撞后的節(jié)點速度值，通過探測器多節(jié)點耦合運動模型生成多節(jié)點運動軌跡，獲取多節(jié)點網(wǎng)絡的穩(wěn)定附著時間與節(jié)點附著誤差。通過遍歷網(wǎng)絡所有節(jié)點刪除非連通網(wǎng)絡，計算剩余網(wǎng)絡相關指數(shù)。根據(jù)不同網(wǎng)絡指數(shù)下多節(jié)點網(wǎng)絡的平均穩(wěn)定附著時間與平均最大附著誤差，建立多節(jié)點連接網(wǎng)絡的評價函數(shù)，通過最小評價函數(shù)值建立對應的多節(jié)點柔性連接方式，實現(xiàn)小天體探測器多節(jié)點柔性連接。

技術領域

本發(fā)明涉及一種小天體探測器多節(jié)點柔性連接方法，屬于航空航天技術領域。

背景技術

隨著人類深空探測技術的不斷加強，國際上針對小天體的研究也逐漸增多，小天體探測逐漸成為太陽系空間探索的熱點。進入21世紀以來，隨著航天技術的飛速發(fā)展，各航天大國開展了一系列深空探測活動，人們逐漸開始關注數(shù)目眾多而又充滿未知的小天體。近30年來，NASA、日本和歐空局等均提出并實施了小天體探測計劃，其中，美國開展了數(shù)量最多、形式多樣的小天體探測任務；探測方式也逐漸由環(huán)繞探測轉(zhuǎn)向著陸探測，研究如何使探測器在小天體表面穩(wěn)定著陸成為小天體探測研究的重點。

與大行星不同的是，小天體的引力場微弱且不規(guī)則，表面土壤性質(zhì)不完全確知，地表特征復雜多樣，多碎石、溝槽等，采用傳統(tǒng)的剛性附著策略易造成探測器的翻滾、傾覆等問題。歐空局的“Rosetta”號探測器在進行彗星探測任務時釋放著陸器“Philae”，由于著陸速度過大，導致在彗星表面發(fā)生了明顯的翻滾彈跳，著陸器落在了彗星表面的裂縫陰影區(qū)中，能源無法得到補充而停止工作，其最終著陸位置與預期著陸位置偏差極大。日本“Hayabusa-Ⅰ”探測器攜帶的“Minerva”著陸器采用的是確定的附著策略，在釋放后未被小天體的弱引力捕獲，導致反彈逃逸。“Hayabusa-Ⅱ”探測器釋放的小型著陸器在小天體表面進行了多次彈跳碰撞，其移動不受控。“OSIRIS-REx”探測器的采樣著陸采取的是“即觸即走”的方式，并沒有長時間的穩(wěn)定附著。

為解決剛性附著難的問題，有學者提出柔性連接的多節(jié)點探測器，在這一探測器系統(tǒng)中包含有多個節(jié)點，節(jié)點間具有柔性機構(gòu)連接，節(jié)點通過柔性機構(gòu)的相互作用降低附著速度，使探測器整體能夠更快的穩(wěn)定附著并且附著誤差較小。在節(jié)點數(shù)相同且連接數(shù)也相同的情況下，由于節(jié)點間的相互耦合，不同的連接方式會造成各節(jié)點的運動狀態(tài)不同，而對于不同的連接數(shù)更是如此。針對多節(jié)點網(wǎng)絡，其構(gòu)型數(shù)量繁多，在不考慮柔性連接的相互影響下，尋找一個能在短時間耗散能量又能使節(jié)點實際落點與目標落點誤差較小的連接方式是一個復雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對小天體表面探測器穩(wěn)定附著問題，本發(fā)明公開的小天體探測器多節(jié)點柔性連接方法要解決的技術問題是：(1)為柔性連接多節(jié)點探測器節(jié)點網(wǎng)絡建立模型，將實際問題描述更清晰，便于利用運動學方法解決問題；(2)考慮附著過程中節(jié)點的弱引力連續(xù)碰撞，建立多節(jié)點耦合的運動模型，生成多節(jié)點運動軌跡，獲取多節(jié)點網(wǎng)絡穩(wěn)定附著時間與節(jié)點附著誤差；(3)遍歷網(wǎng)絡所有節(jié)點刪除非連通網(wǎng)絡，計算剩余網(wǎng)絡的相關指數(shù)，包括網(wǎng)絡連通度和附著連接度。(4)根據(jù)多節(jié)點網(wǎng)絡的平均附著穩(wěn)定時間與平均最大附著誤差，建立多節(jié)點網(wǎng)絡連接的評價函數(shù)，獲得最小評價函數(shù)值對應的多節(jié)點柔性連接方式，即實現(xiàn)小天體探測器多節(jié)點柔性連接。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。