[发明专利]自由基座空间合作任务运动再现实验系统

说明书

自由基座空间合作任务运动再现实验系统，属于航天任务地面验证领域。本发明针对现有的空间合作任务地面验证系统不能模拟航天器轨道运动这一不足，利用自由基座模拟航天器的轨道运动，在自由基座上安装任务执行机构，用于完成合作任务。本发明能在地面运动再现空间合作任务从远距离导引、机动变轨、目标逼近到最终任务执行的完整过程，验证变轨控制方案与任务控制方案的可行性。

技术领域

本发明属于航天任务地面验证领域，具体涉及一种可用于地面验证空间合作任务变轨控制方案与任务控制方案可行性的实验系统。

背景技术

空间合作任务涉及多个航天器协调完成特定的工作任务，包括交会对接、在轨燃料传输、在轨模块更换、在轨组装等在内的各类在轨服务，空间站的补给、修复等都属于空间合作任务的范畴。近年来，空间合作任务的研究得到了迅速的发展和广泛的应用，已成为世界航天业的发展热点。1997年11月发射的日本工程实验卫星-7计划(ETS-VII)，通过利用安装在追踪星上的机械臂对目标星实施了在轨模块跟换、燃料补给、桁架组装与天线调配等任务。2004年，日本国家信息和通信技术研究中心(NICT)提出了轨道维护系统(OMS)，用于卫星在轨监测、维护、营救以及轨道碎片与废弃卫星的清理等任务。2007年3月8日，美国实施了“轨道快车”计划，发射的ASTRO航天器和NEXTSat航天器成功实现了自主交会与接近、在轨燃料传输、电源和姿态计算机在轨更换等一系列在轨服务。在欧洲，针对空间合作任务，提出了以自主交会对接动力学研究为目标的实验服务卫星计划(ESS)、同步卫星轨道重置机器人计划(ROGER)、轨道寿命延长系统(SLES)、自动转移飞行器(ATV)等。我国的空间合作任务的研究还处于发展阶段，神舟十号载人飞船与天宫一号的成功对接标志着我过已经掌握空间交会对接技术，下一步工作的核心是建立有人照料的空间站，因此未来我国空间合作任务的实施必将更加频繁。

为确保空间合作任务的成功率，任务执行前必须通过地面实验验证变轨控制方案与任务控制方案的可行性。现有的验证空间合作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。因此急需发展一种能模拟航天器轨道运动的空间合作任务验证系统。而本发明提出的自由基座空间合作任务运动再现实验系统利用自由基座实现航天器轨道运动的模拟，地面真实运动再现空间合作任务的全过程，能验证空间合作任务变轨控制方案与任务控制方案的可行性。

发明内容

本发明的目的：发明的自由基座空间合作任务运动再现实验系统旨在克服现有空间合作任务地面验证技术不能模拟航天器轨道运动的不足，提供一个能真实验证空间合作任务变轨控制方案与任务控制方案可行性的地面验证系统。

本发明的技术方案：

自由基座空间合作任务运动再现实验系统包含控制中心、第一合作目标与第二合作目标。控制中心接收和发送合作目标自由基座的位置与方位角信息，同时发送协调指令，控制两合作目标完成期望的合作任务。两合作目标具有相同的单元组成，都包含定位相机、位姿相机、自由基座、任务执行机构、自由基座定位单元、轨道控制单元、相对位姿测量单元、任务控制单元、通信单元。两合作目标所包含的各单元的功能相同。

本发明中，运动再现指的是将空间合作任务从远距离导引、机动变轨、目标逼近到最终任务执行的过程在地面通过控制两合作目标自由基座的机动变轨与任务执行机构的运动完整再现出来。运动再现的过程也就是验证空间合作任务变轨控制方案与任务控制控制方案可行性的过程。

本发明的有益效果：本发明通过空间目标的动力学计算与地面自由基座的等效运动，将航天器的轨道运动通过地面自由基座运动模拟实现，克服了传统空间合作任务地面验证系统不能模拟航天器轨道运动这一不足，能地面运动再现空间合作任务从远距离导引、机动变轨、目标逼近到最终任务执行的完整过程，验证空间合作任务的变轨控制方案与任务控制方案的可行性。

附图说明

图1为本发明的原理框图