[发明专利]利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法

权利要求书

1.一种利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置的消旋方法，其特征在于，所述消旋装置包括安装有太阳能帆板的服务航天器主体，服务航天器主体表面上分布有吸附式质量块和弹射装置；吸附式质量块位于弹射装置顶部并能够被弹出；所述的吸附式质量块的各个表面均匀地分布着用于和目标连接的吸附组件；

所述消旋方法，包括：当服务航天器到达目标附近时，通过向目标上特定位置发射吸附式质量块，改变目标的转动惯量分布，从而改变目标的角加速度，进而改变目标的角速度，实现对目标的快速消旋；

具体包括如下步骤：

步骤1：对目标运动进行分析，使目标的角速度ω→0：

设目标当前时刻的角速度为ω₀和惯量矩阵为I₀，当前角速度ω₀与角加速度符号相反，即让目标朝着ω₀幅值减小的方向的运动；根据空间碎片目标姿态运动方程(1)和角动量守恒定律(2)进一步明确目标惯量矩阵I各个分量的变化，得到消旋方案；

L＝Iω＝常数 (2)

式中：ω_x、ω_y和ω_z分别为本体系下x、y和z方向的角速度ω的分量；I_x、I_y、I_z和I_xy、I_xz、I_yz分别为目标的惯量矩和惯量积，它们是惯量矩阵I的分量，具体见式(3)；L是目标的角动量；

步骤2：确定吸附式质量块在目标上的分布位置及规划出吸附式质量块的发射时间和发射方向；

消旋方案给出了目标角速度ω→0，目标惯量矩阵I的各个分量的表达式如下：

根据方程式(4)，I的各个分量与目标质量m的分布相关；采用改变目标质量的方法来改变目标的惯量矩阵，具体通过弹射装置向目标上的指定位置发射吸附式质量块。

2.根据权利要求1所述的消旋方法，其特征在于，步骤2具体步骤如下：

针对绕最小惯量轴的运动：

ω₀的各个分量中只有ω_z0≠0，其余分量ω_x0＝0和ω_y0＝0；相应地，角动量守恒定律(2)简化为

I_zω_z＝常数 (5)

为实现ω_z→0的目的，应该增大I_z；根据方程(4)，I_z的表达式为：

I_z＝∫_m(y²+x²)dm (6)

为了使弹射到目标表面的吸附式质量块能够最大效率地增大I_z，根据方程(6)，往z轴方向弹射吸附式质量块。

3.根据权利要求1所述的消旋方法，其特征在于，步骤2具体步骤如下：

针对绕最大惯量轴的运动：

ω₀的各个分量中只有ω_x0≠0，其余分量ω_y0＝0以和ω_z0＝0；相应地，角动量守恒定律(2)简化为

I_xω_x＝常数 (7)

为实现ω_x→0的目的，应该增大I_x；根据方程(4)，I_x的表达式为：

I_x＝∫_m(y²+z²)dm (8)

为了使弹射到目标表面的吸附式质量块能够最大效率地增大I_x，根据方程(8)，应该往x轴方向弹射吸附式质量块。