[发明专利]基于仿生微纳星群的大型航天器全域监测方法

说明书

本发明公开了一种基于仿生微纳星群的大型航天器全域监测方法，该方法包括：通过仿蜂窝释放机构释放微纳星群；通过基于仿生势函数的微纳星群空间布局控制方法，使星群均匀分布在以航天器为球心的包络球面上；调整星群姿态，实现对航天器或其外部环境的监测；接收星群监测数据，汇总处理，并向微纳星群发送监测指令；通过星群寿命预测与故障诊断确定需要回收的卫星，并通过回收机构回收，星群中其他卫星在势函数作用下变换位置，弥补退出卫星的监测视场空缺，实现星群重构。本发明的监测方法监测视场范围大、信息全面、监测效率高、环境适应性强，可实现监测星群对大型航天器的无死角巡检，实现对大型航天器立体、全景、实时的全域监测效果。

技术领域

本发明涉及一种基于仿生微纳星群的大型航天器全域监测方法，属于航天系统技术领域。

背景技术

大型航天器的性能和技术水平在不断提高，由于其系统组成复杂，研制周期和成本高，因此保证大型航天器在复杂空间环境下持久、稳定、健康地在轨运行，已经成为空间技术领域的一个重要问题，而提高监测技术是解决该问题的有效手段。

目前，大型航天器的监测护航通常由航天器自身携带的传感器或航天器释放的单颗微小卫星进行绕飞巡检跟拍，而国内外对于大型航天器监测的一系列地面、空间论证实验和应用研究也基本都基于单星巡检进行。

“神舟七号”飞船的伴随卫星通过爆炸螺栓释放，对飞船轨道舱进行绕飞拍照和视频观测，是中国航天史上第一次进行卫星二次释放的试验。此次伴飞验证了伴星在轨释放技术，并且在飞船返回舱返回后，进行了对轨道舱形成伴飞轨道的试验，为载人航天工程的空间应用扩展奠定了技术基础。AERCam/MiniAERCamAERCam是由美国宇航局约翰逊航天中心工程局开发的自动舱外机器人相机，是一种用于远程观测和检查航天器的自由飞行照相机系统，其小型化版本MiniAERCam为直径7.5英寸的球形纳米卫星。MiniAERCam已完成实验室气浮台演示，为将来开发AERCam飞行系统奠定了基础，该系统可提供航天飞机和国际空间站的在轨视图，这些视图无法从固定摄像机获得。

然而，国内外目前采用单星绕飞跟拍大型航天器的监测方法虽能实现航天器的多角度监测，但由于单星成像和机动能力有限，其仅能提供局部、短期的图像，无法满足全景立体实时监测的需求。因此，研制一种具有立体、全方位的航天器监测系统对未来大型航天器的长期稳定运行具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，针对现有的单星绕飞监测航天器的方法无法满足全景立体实时监测需求的问题，提出了一种基于仿生微纳星群的大型航天器全域监测方法，该方法基于仿生势函数的作用，使星群变换构型，并均匀分布于以航天器为球心的包络球面上，同时，星群姿态机动调整视场角，实现对航天器表面物理结构和外部空间环境的立体全景式实时监测。

本发明采用如下技术方案：

基于仿生微纳星群的大型航天器全域监测方法，包括如下步骤：

一、通过星群释放机构释放微纳星群；

二、通过基于仿生势函数的微纳星群空间布局控制方法，使星群变换构型，并最终均匀分布在以航天器为球心的包络球面上；

三、航天器内的任务自主规划和决策中心向微纳星群发送监测指令，通过仿生微纳星群对大型航天器或其外部环境进行监测；

四、任务自主规划和决策中心接收星群监测数据，并汇总处理；

五、确定需要回收的卫星，并通过回收机构回收；

回收的卫星退出监测构型后，星群中的其他卫星在仿生势函数的作用下调整位置并均匀分布在包络球面上，弥补退出卫星的监测视场空缺，实现监测构型重构；

重复步骤三至五。

进一步地，步骤一中所述的星群释放机构呈蜂窝状结构，且环绕并附着于航天器表面，其满足各个监测轨道的发射方向要求，可有效节省空间；