[发明专利]空间翻滚目标电磁消旋微小消旋力测试平台及其测试方法

说明书

本发明提供了一种空间翻滚目标电磁消旋微小消旋力测试平台及其测试方法，属于空间翻滚目标消旋控制力测试技术领域。包括大理石隔振台、工业机器人底座、单自由度直线气浮导轨、滑块、转台、右限位块、左限位块、目标卫星、喷管、右侧太阳帆板、左侧太阳帆板、右侧拉力计、左侧拉力计、右侧可调弹性杆、左侧可调弹性杆、工业机器人和电磁消旋末端执行器。滑块上方转台提供两个测量工位，利用双拉力计结构测量气浮导轨启动摩擦力f₀，及微小电磁消旋力在X、Y方向的分量，实现二维电磁消旋力的测量。该平台适合安装不同质量及尺寸的目标卫星，气浮导轨、滑块、转台及其附件均为花岗岩材料制造，适于静电、电磁环境下微小电磁消旋力的测量。

技术领域

本发明涉及一种空间翻滚目标电磁消旋微小消旋力测试平台及其测试方法，属于空间翻滚目标消旋控制力测试技术领域。

背景技术

随着人类太空探索及各类航天任务的增多，在轨遗留的大量太空垃圾对空间环境及在轨航天器的安全构成严重威胁。对空间碎片的主动移除已成为各大航天机构的研究热点。由于自身姿控系统失效，空间碎片在空间摄动力影响下会出现翻滚运动，因此在抓捕前对其进行消旋是必不可少的阶段。

为保证翻滚空间碎片消旋过程中的安全性，非接触的消旋方式成为首选。通常可借助星间库仑力、电磁力、气体脉冲、激光和粒子束轰击方法对翻滚目标进行消旋。但这些消旋方式在进行地面验证都会遇到一个问题，如何精确测量非接触消旋力？通常这类消旋力都在百mN数量级，以失效卫星这类空间碎片为例，其质量通常在几十到几百Kg，采用C1精度(0.01％)称重测量系统，达到mN级测力精度时其量程只有1Kg，即使对于质量为几到几十Kg的小卫星，分辨率也难以满足需求。对于这类大载荷、小推力的工况进行测量需要采用新的测试系统进行测量。

在传感器分辨率难以大幅提升的情况下，采取质量平衡的方法抵消目标本身的质量则有利于微小力的测量。中国专利号ZL201210316957中提出了一种磁悬浮的方法利用高温超导体将目标悬浮起来，然后测量作用于目标上的微小力。但是当应用于翻滚目标静电消旋和电磁消旋力的测量时，高温超导体本身磁场会对静电及电磁消旋产生干扰，造成消旋力失真，而采用气浮的方式可以很好的避免这一现象，让测量平台对各类消旋方式具有通用性。通常气浮系统摩擦系数可达到10^-5数量级，见文献Rybus T,Seweryn K.Planarair-bearing microgravity simulators:Review of applications,existing solutionsand design parameters[J].Acta Astronautica,2016,120:239-259；几十kg的目标浮起时，摩擦力为mN数量级，辅助相应的测试系统，可以经济方便地实现电、磁环境下无干扰的消旋力的测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种空间翻滚目标电磁消旋微小消旋力测试平台及其测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空间翻滚目标电磁消旋微小消旋力测试平台及其测试方法，包括：大理石隔振台、工业机器人底座、单自由度直线气浮导轨、滑块、转台、右限位块、左限位块、目标卫星、喷管、右侧太阳帆板、左侧太阳帆板、右侧拉力计、左侧拉力计、右侧可调弹性杆、左侧可调弹性杆、工业机器人和电磁消旋末端执行器。

其中，工业机器人与单自由度直线气浮导轨分别固定在相互独立的工业机器人底座和大理石隔振台上。工业机器人另一端与电磁消旋末端执行器固连。滑块在单自由度直线气浮导轨上方，在滑块两侧安装有右限位块和左限位块，转台与滑块固连，转台上安装目标卫星，目标卫星由喷管、右侧太阳帆板和左侧太阳帆板构成。右侧拉力计、左侧拉力计固定在单自由度直线气浮导轨上。右侧拉力计、左侧拉力计与滑块之间分别采用右侧可调弹性杆、左侧可调弹性杆固连。

所述单自由度直线气浮导轨材料包括花岗岩，长度为500mm，直线度为1μm。