[发明专利]用于在轨服务技术验证的模拟服务星

权利要求书

1.一种用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，包括通信子系统、姿轨控制子系统、操作机构子系统、推进子系统以及电源子系统，

所述通信子系统利用无线通信模块通过无线路由器实现姿轨控制子系统和地面控制站之间的通信，用于模拟实际在轨卫星系统的天地无线通信链路；

所述操作机构子系统在中央处理单元的控制下用于完成模拟在轨操作任务；

所述推进子系统在中央处理单元的控制下实现控制模拟服务星的水平运动和旋转运动，使模拟服务星按期望运动完成与目标航天器交会对接；

所述电源子系统为模拟服务星的各用电设备提供工作电源；

所述姿轨控制子系统包括相对位姿测量单元和中央处理单元，在模拟服务星逼近目标航天器的过程中，相对位姿测量单元对目标航天器的靶标进行检测，检测得到的图像输给中央处理单元，然后中央处理单元对检测得到的图像进行处理，并解算得到相对位姿，中央处理单元通过控制算法生成推进子系统的控制指令，控制模拟服务星按期望运动完成与目标航天器交会对接；模拟服务星与目标航天器完成交会对接后，中央处理单元控制操作机构子系统对目标航天器自主模拟在轨操作；在交会对接和操作过程中，模拟服务星的状态信息通过无线通信模块送到地面控制站进行显示；地面控制站能够实时发送控制指令，控制模拟服务星的运动以及控制操作机构子系统的运动来完成模拟在轨操作任务。

2.根据权利要求1所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，还包括模拟服务星舱体，模拟服务星舱体用于安装和承载模拟服务星的各组成设备，模拟服务星舱体内设置有储气装置，储气装置为多个相连通的用于储存空气的储气罐，储气装置连接有两条带有减压阀和截止阀的管路，其中一条管路通过气足将储气装置内的压缩空气喷出进而将模拟服务星悬浮在气浮平台上，模拟微重力环境。

3.根据权利要求2所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，所述模拟服务星舱体内部采用两层框架结构。

4.根据权利要求2所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，所述模拟服务星舱体上设置有对接杆和电磁单元，模拟服务星与目标航天器交会对接过程中，对接杆插入目标航天器的对接锥中，然后电磁单元产生吸力和目标航天器的吸合装置锁紧，实现模拟服务星和目标航天器有效连接。

5.根据权利要求4所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，所述推进子系统包括飞轮、电磁阀、电磁阀控制器、储气装置和喷管，所述飞轮能够提供力矩，用于控制模拟服务星的旋转运动；所述储气装置上连接的另一条管路连接喷管且储气装置与喷管之间的管路上连接有电磁阀，储气装置中的气体通过电磁阀从喷管喷出产生推力从而控制模拟服务星的水平运动，所述电磁阀控制器用于控制电磁阀的打开和关闭，喷管和飞轮协作完成模拟服务星的运动控制。

6.根据权利要求5所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，储气装置上用于连接喷管的管路分为6条支路，6条支路上均连接有电磁阀和喷管组合；定义一个固连在模拟服务星上的本体坐标系，其中+X方向指向模拟服务星的前进方向，+Z方向竖直向上，+Y方向满足右手法则；在+/-X方向各分布有两个电磁阀和喷管组合，在+/-Y方向各一个电磁阀和喷管组合。

7.根据权利要求4所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，操作机构子系统包括机械臂控制器、机械臂、机械手控制器和机械手，机械臂控制器控制机械臂的动作，机械臂控制器通过网口与中央处理单元进行信息交互；机械手控制器控制机械手的动作，机械手控制器通过RS232与中央处理单元进行信息交互。

8.根据权利要求7所述的用于在轨服务技术验证的模拟服务星，其特征在于，机械臂控制器采用220V交流供电，机械臂控制器内部运动控制卡采用DMC2143多轴独立控制器；机械臂具有四个关节，每个关节有独立的绝对编码器测量当前位置以及有硬件和软件两种限位功能确保安全；机械手控制器采用12V直流供电；机械手为单自由度手爪，通过舵机控制手爪的张开和闭合运动，用于完成模拟在轨操作任务。