[发明专利]一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法及装置

说明书

本发明属于航天卫星技术领域，涉及一种系绳‑电磁协同控制的微纳星柔性回收方法及装置。回收方法步骤为：S1、建立电磁捕获系统操控动力学模型；S2、母星接收微纳星发出的回收指令；S3、根据电磁捕获系统操控动力学模型，母星通过卷扬机构向微纳星发射电磁捕获系统；S4、电磁捕获系统飞行进入电磁场‑永磁场相互作用空间范围，母星通过指令实现电磁捕获系统与永磁体柔性对接，形成对接组合体；S5、母星通过卷扬机构与电磁捕获系统相连接的系绳拉回电磁捕获系统；S6、母星与对接组合体实现硬对接。回收装置包括卷扬机构、电磁捕获系统、系绳和永磁体；本发明利用系绳质量轻、展开距离远、收放方便可控等优势且不消耗推进剂、无羽流污染。

技术领域

本发明属于航天卫星技术领域，具体涉及一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法及装置。

背景技术

随着航天技术的发展，微纳星功能逐渐强大，其作为功能模块用于在轨组装、对母星及周围环境进行态势感知等军事应用的作用空间逐渐扩展。然而，限于体积及功耗约束，微纳星需经常性与母星进行对接以实现推进剂加注、能源补充、模块更换/升级等操作，且其所带的有限能源主要用于功能性任务。因此，微纳星与母星对接需探索创新手段，即不消耗或低消耗微纳星推进剂或能源。

目前，微纳星回收主要采用本身自带冷气推进、母星机械臂、飞网捕获、鱼叉捕获等方法。

微纳星自带冷气推进回收：微纳星通过自带冷气推进与母星进行对接以实现回收，为成熟的微纳星在轨回收方式，消耗推进剂、要求高精度的相对导航与接近控制能力；由于微纳星质量/体积限制，其所携带的推进剂非常有限，一般用于特定的有效任务(如绕母星飞行观测等)，而诸如与母星分离、返回等一般不采用冷气推进回收方式。

母星机械臂抓捕：母星通过多自由度机械臂抓捕微纳星以完成回收，为成熟的微纳星在轨回收方式；由于质量/体积限制，母星机械臂操控空间范围有限，目前最远仅为几十米，对与母星相距较远的微纳星无能为力；另外，机械臂抓捕对相对导航与接近控制能力也较高。

飞网/鱼叉捕获：母星通过系绳收放装置发射出系绳所连接的飞网、鱼叉捕获微纳星，然后进行后续离轨拖曳、切断系绳、母星返回任务轨道等操作，主要针对失效卫星等非合作目标，对合作目标优势不大；对微纳星存在致命伤害，捕获后微纳星后续任务能力基本丧失。

总的来说，现有的微纳星回收方法具有作用距离近、推进剂消耗大、相对导航/控制需求高、损害微纳星能力等不足，需要进一步改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明综合利用系绳的质量轻、展开距离远、收放方便可控等优势，以及电磁对接的不消耗推进剂、无羽流污染、连续/可逆/同步/自对接等高精度控制能力，可实现相距母星较远距离(不低于几百米)的微纳星在轨柔性回收操控。与上述其他现有技术相比，具有作用距离远、不消耗推进剂、相对导航/控制需求低、不损害微纳星能力等优势。具体技术方案如下：

一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法，包括以下步骤：

S1、建立电磁捕获系统操控动力学模型；

S2、母星接收微纳星发出的回收指令；

S3、根据电磁捕获系统操控动力学模型，母星通过卷扬机构向微纳星发射捕获系统；

S4、电磁捕获系统飞行进入‘电磁捕获系统-微纳星永磁体的磁场相互作用范围’，基于母星-微纳星间相对位置/姿态测量信息，母星通过指令实现电磁捕获系统电流控制，使其与永磁体柔性对接，形成对接组合体；

S5、母星通过卷扬机构与电磁捕获系统相连接的系绳拉回对接组合体；

S6、母星与对接组合体完成硬对接，进而实现微纳星与母星之间的电、气和液通道连接。

进一步地，所述步骤S1的具体过程为：