[发明专利]微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法

权利要求书

1.一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，其特征在于，所述微纳卫星集群包括一个母星平台、若干个视星构成的视星子群、若干个工星构成的工星子群；微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法包括以下步骤：

母星平台将整个集群运送到非合作目标附近；

视星子群为非合作目标捕获过程提供三维场景态势分析，并为工星子群提供相对位姿导航信息；

工星子群执行非合作目标捕获任务，分为集群自然巡游阶段N、集群捕获任务阶段D和集群安全撤离阶段R；多个工星逼近并从不同方位附着到非合作目标表面上，通过姿轨协同控制实现对非合作目标的姿态消旋和轨道控制接管；

所述自然巡游阶段是指母星平台搭载若干工星和若干视星，在入轨后的设定轨道上自由飞行；

所述集群执行任务阶段包括集群逼近目标阶段D1、捕获任务评估阶段D2、捕获任务规划阶段D3及捕获任务执行阶段D4；

所述集群逼近目标阶段包括集群远程机动阶段D11、集群近距调整阶段D12及集群精确逼近阶段D13；

所述集群逼近目标阶段具体包括：

母星搭载所有微纳卫星从_dmax距离处机动至目标附近_d1距离处，在此期间通过微波雷达进行远程交会导引；

母星搭载所有工星和视星从_d1距离处机动至目标同轨道后方_d2距离处，在此期间通过激光雷达进行近程交会导引；

母星搭载所有微纳卫星从_d2距离处机动至目标同轨道后方_d3距离处，在此期间通过视觉导航进行近距离交会导引；

所述捕获任务评估阶段包括两个子阶段：悬停初步评估阶段和绕飞精细评估阶段；

所述悬停初步评估包括：

D211，母星携带微纳卫星集群在位于目标后方距离_d4处进行悬停保持；

D212，母星星载计算机通过对激光雷达和视觉成像数据的联合处理获取非合作目标的姿态、轨道参数，同时初步估计非合作目标的形状及尺寸参数；

D213，根据目标姿轨数据、形状及尺寸数据，评估需要投入的工星数量_nreq；若_nreq远远大于捕获系统中工星的总数量_nmax，则放弃此次任务；否则进入绕飞精细评估阶段；

所述绕飞精细评估包括：

D221，母星采用弹射机构先后释放视星_m1颗，并使其自由漂浮至距离目标_d5处；各视星根据母星计算得到的绕飞初始相对状态，通过自身携带的轨道控制单元，精细调整自身状态并进入_d5半径的绕飞周期相对运动轨迹中；

D222，各视星通过自身姿态控制单元调整姿态，以使携带的视觉相机对准目标，并对后者进行连续成像，同时将目标三维图像传回母星平台；

D223，母星的高性能计算机对各视星获得的目标三维图像数据进行处理和联合解算，获得非合作目标精确的姿态、角速度、表面三维模型及部件分布情况，同时结合先验信息对非合作目标的质量及转动惯量进行估计；

所述捕获任务规划阶段包括：

D31，根据绕飞精细评估结果，母星计算得到需要派出的工星数量_n2，结合视星子群的轨道分布情况，指派每个视星所负责的观测区域和观测对象；

D32，根据绕飞精细评估结果所得到的目标三维表面分布情况以及拟派出的工星姿轨控能力，母星计算得到目标表面的最优附着部位优化结果；

D33，根据最优附着部位结果、工星数量以及视星子群的轨道分布情况，母星计算得到工星子群从母星平台到达附着部位的相对飞行轨道；

所述捕获任务执行阶段包括四个子阶段：

D41，视星子群在环绕目标的轨道上调整姿态，使得视觉相机的视角能够覆盖工星子群的迁移空间，并实时测量指定的工星相对目标的位置和姿态；视星子群将测量信息实时发送给母星或工星，由母星或工星进行局部相对轨道调整，避免工星与工星或工星与目标之间的碰撞；工星子群按照母星规划出的集群迁移相对飞行轨道以及星间协同控制的反馈控制，实现从母星平台迁移到目标表面待定附着点附近；

D42，各工星通过姿轨协同控制同步到达各自的附着点并将其表面的一面附着于非合作目标；通过视觉子群的观测结果反馈调整自身姿态轨道，以确保能够在附着点与非合作目标同步自旋；

D43，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，通过两两之间形成的力偶产生控制非合作目标的合力矩，并使合力矩沿着非合作目标自旋的反方向，从而使后者的旋转慢慢减速到零；

D44，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，并使合力方向沿着需要改变非合作目标轨道的期望方向，从而实现对非合作目标轨道的接管；进一步通过时间的累积，使得非合作目标受到的连续力达到等效的脉冲速度增量，实现向特定轨道的飞行。

2.根据权利要求1所述的微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，其特征在于，所述集群安全撤离阶段包括：

R1完成情况评估：视星子群通过观测非合作目标的飞行轨道，并将结果反馈母星，由母星计算得到非合作目标的飞行轨道；若飞行轨道的轨道根数达到事先设定的值，则认为捕获任务完成；否则认为任务失败；

R2工星子群回收：视星的观测和母星的实时计算下，工星逐一返回母星平台的过程；

R3视星子群回收：视星在母星观测和导引下逐一返回母星平台的过程；

R4母星平台撤离：母星携带所有微纳卫星撤离捕获现场，重新返回自然巡游状态的过程。