[发明专利]基于多系绳连接点对空间失稳目标的绕飞消旋控制方法

说明书

本发明公开了基于多系绳连接点对空间失稳目标的绕飞消旋控制方法。包括：飞行器利用网状捕获载荷捕获失稳目标形成系绳连接；根据目标形状将网状捕获载荷与目标的接触等效为多个系绳连接点；飞行器对目标进行主动绕飞，根据目标姿态运动及系绳伸展方向判断目标上的主系绳连接点，根据主系绳连接点计算所需期望张力，利用系绳张力控制机构输出所需张力，实现对目标的消旋控制，判断连续消旋结束时间阈值T时间内目标角速度ω_t是否小于等于ω_down，若满足则绕飞消旋控制结束，若不满足则维持。本发明解决了飞行器利用网状捕获载荷沿自旋轴方向捕获失稳目标后，利用多系绳连接点对失稳目标的消旋控制难题，为利用网状捕获载荷拖曳移除空间碎片提供了先决条件。

技术领域

本发明涉及基于系绳连接的柔性组合体控制技术领域，尤其是涉及一种基于多系绳连接点对空间失稳目标的绕飞消旋控制方法。

背景技术

空间中存在大量由于发生故障或离轨失败导致废弃的卫星、火箭末子级等大型空间碎片，占用了宝贵的轨道资源，威胁正常在轨卫星的安全运行，因此需要对其进行有效地移除。大型空间碎片一般绕其最大惯量轴高速自旋且伴随章动。为提高拖曳移除过程安全，需对大型空间碎片进行消旋控制。

飞行器利用网状捕获载荷捕获后碎片后，它们之间仅有系绳连接，碎片本身不具备控制能力，故仅能由飞行器通过系绳对目标进行消旋。系绳只能产生拉力，故仅能产生垂直系绳方向的力矩，只能对垂直系绳方向的角速度进行阻尼。目前网状捕获载荷采用沿自旋轴方向捕获目标，此时目标自旋角速度主要沿系绳方向，故利用系绳实现对目标的消旋是个难题，其不仅要控制系绳张力大小，还要改变系绳张力方向；同时在消旋过程中，需考虑碎片与网状捕获载荷接触过程的主着力点随目标姿态的动态变化。目前没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内类似的资料。

发明内容

为解决飞行器利用网状捕获载荷沿自旋轴方向捕获失稳目标后的对目标消旋控制问题，本发明的目的在于提出一种基于多系绳连接点对空间失稳目标的绕飞消旋控制方法。通过飞行器对目标的主动绕飞改变系绳张力作用方向，根据目标姿态运动状态及系绳伸展方向判断目标上主系绳连接点，根据主系绳连接点计算所需期望张力，并利用系绳张力控制机构输出所需张力，实现对失稳目标的消旋控制。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于多系绳连接点对空间失稳目标的绕飞消旋控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，飞行器利用网状捕获载荷捕获目标，并形成可靠的系绳连接。

步骤2，根据目标形状，将网状捕获载荷与目标的接触等效为多个系绳连接点。

步骤3，绕飞消旋控制。

飞行器对目标进行主动绕飞以改变系绳张力作用方向，同时根据目标姿态运动及系绳伸展方向判断目标上的主系绳连接点，根据主系绳连接点计算所需期望张力，并利用系绳张力控制机构输出所需张力，实现对目标的消旋控制，同时判断连续消旋结束时间阈值T时间内目标角速度ω_t是否满足小于等于ω_down，若满足则绕飞消旋控制结束，若不满足则维持绕飞消旋控制。

较佳地，步骤2中将目标形状近似为规则的几何体或多个规则几何体的拼接，将规则几何体或多个几何体拼接后的顶点等效为系绳连接点。

较佳地，所述消旋结束时间阈值T根据消旋后目标角速度ω_t稳定要求设定，角速度消旋阈值ω_down根据目标角速度测量精度设定。

较佳地，步骤3中进一步包括：

步骤3.1，主动绕飞控制。