[发明专利]磁吊综合补偿自由基座空间任务跨尺度验证装置

说明书

本发明提出的磁吊综合补偿自由基座空间任务跨尺度验证装置包括自由基座系统、吊丝综合机电补偿系统、磁悬浮系统、实验航天器系统、协调控制系统、通信系统与控制中心，利用跨尺度等效理论和相似理论将空间目标的轨道运动变换成地面自由基座期望的相似运动，进一步通过自由基座精确跟踪期望的相似运动，从而实现运动学等效；利用吊丝悬吊补偿与磁悬浮相结合的混杂重力补偿方法实现空间微重力运动环境再现，进而实现空间任务的地面再现，完成空间任务地面的完整过程验证。

技术领域

本发明属于航天器导航、制导与控制系统地面验证技术领域，具体涉及空间任务地面运动再现跨尺度验证平台。

背景技术

航天工程的发展程度决定能否抢占高科技制高点，能否最大程度的利用太空资源，我国正积极开展航天技术研究，为了顺利在极其恶劣太空环境完成航天任务，必须在地面进行充分的实验验证，将航天器在太空中的运动在地面再现，可以充分验证航天器在空间任务的各个环节，保证航天任务的顺利完成。航天器在太空环境运动最明显的特征是微重力环境下的轨道运动，而地面实验室为有重力环境，为了在地面再现航天器空间微重力环境中的真实运动情况，提高地面验证导航、制导与控制系统实验的置信度，需要在地面为航天器六自由度运动建立一个与空间真实状况相近的无约束微重力环境并模拟其轨道运动。现有的实现微重力这个目标的手段有液浮法，失重法、气浮法、悬挂法。失重法常见的为抛物飞行和自由落体，此方法的缺点是时间短、占用的空间大、能够提供的空间有限并且成本高；液浮法阻尼大、维护成本高且只适合低速运动的情况，且上述方法均未考虑航天器的轨道运动，气浮法与悬挂法系统结构相对简单，易于建立实验室中的无约束微重力环境，但气浮法一般只能实现五自由度运动，在竖直方向的运动受限。悬挂法所占用的空间小、不受时间空间的约束，是重力补偿常用的方法且易于实现。悬挂法一般可以分为主动重力补偿和被动重力补偿，被动重力补偿的补偿精度较低，对试验效果有较大影响；主动重力补偿能够提高补偿精度，但目前主动重力补偿方法一般通过单点悬挂提供三自由度运动空间或多点悬挂提供六自由度运动空间，针对实现航天器运动再现这个目标，三自由度运动空间显然不够，多点悬挂所提供的六自由度空间会由于结构复杂、系统难控导致试验效果不佳。而现有的验证空间任务的地面实验系统大都不能模拟航天器的轨道运动：一类是建立在固定轨道上，无法模拟航天器的机动变轨运动，另一类只考虑航天器的相对轨道运动，忽略绝对轨道运动。因此急需发展一种既能模拟航天器轨道运动又能模拟空间微重力环境的空间任务验证系统

发明内容

本发明提出的磁吊综合补偿自由基座空间任务跨尺度验证装置利用跨尺度等效理论和相似理论将空间目标的轨道运动变换成地面自由基座期望的相似运动，进一步通过自由基座精确跟踪期望的相似运动，从而实现运动学等效；利用吊丝悬吊补偿与磁悬浮相结合的混杂重力补偿方法实现空间微重力运动环境再现，进而实现空间任务的地面再现，完成空间任务地面的完整过程验证。

本发明的技术方案：

磁吊综合补偿自由基座空间任务跨尺度验证装置包括自由基座系统、吊丝综合机电补偿系统、磁悬浮系统、实验航天器系统、协调控制系统、通信系统与控制中心。

所述自由基座系统包括基座主体、全向轮及驱动电机、摄像头、激光测距仪、距离传感器、多目标任务通信模块与数据采集控制模块。基座主体的两侧各安装有一组全向轮及驱动电机，激光测距仪与摄像头安装在基座主体的同侧，距离传感器分布在基座主体的四周，数据采集控制模块处理自由基座系统中传感器所得到的信息，对自由基座进行定位并发出控制信息。基座主体内部固定有自由基座系统的采集控制模块、吊丝综合机电补偿系统的采集控制模块、磁悬浮系统的信号发生器、采集控制模块与实验航天器系统的数据通信模块、数据采集控制模块与协调控制模块。