[发明专利]微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法

说明书

本发明提供一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，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，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。以该任务设计方法给出的任务流程，能够确保微纳卫星集群执行非合作目标捕获的安全性和可靠性，具有任务执行逻辑清晰的优点。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法。

背景技术

空间非合作目标是指空间碎片、失效航天器等对象，因占据空间轨道资源且对正常航天器有碰撞威胁而备受关注。目前，各国航天机构及科研人员均提出了不同的非合作目标捕获方案。采用微纳卫星集群进行空间非合作目标捕获是一种全新的在轨任务类型，相比以往的非合作目标捕获方案具有成本低、结构简单、可靠性高、可重复使用等诸多优势。基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统包含母星、工星子群和视星子群三大部分。其中，母星是一颗质量和尺寸均较大的功能完整的航天器，具备自主导航、轨道控制、姿态控制、星间无线通信、高性能星载计算等能力。工星子群包含两个以上的工星，其中工星是一种基于立方体卫星技术研制的微纳卫星，具备较强的轨道控制和姿态控制能力，同时携带星间无线通信模块，主要执行在轨非合作目标围捕与接管控制等任务。视星子群包含两个以上的视星，其中视星也是一种基于立方体卫星技术研制的微纳卫星，具备较弱的轨道控制和姿态控制能力，同时携带星间无线通信模块和高性能光学成像相机，主要执行在轨非合作目标的抵近观测与三维成像、非合作目标与工星之间的相对状态测量等任务。基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统在具体完成非合作目标捕获过程中，需要母星、工星子群和视星子群的协同与配合。其中，母星在整个任务过程中负责信息处理与控制指令生成，视星子群负责获取高质量的多个体相对状态测量，工星子群负责对非合作目标的围捕、附着与控制。由于三类卫星的能力、功能均不同，且彼此之间的任务相互耦合、互为因果，因此构成一种多个体异构集群。对这样一种集群协同任务，如何设计合理的任务流程，确保采用微纳卫星集群能够顺利完成空间非合作目标的捕获是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法。该方法采用微纳卫星集群能够顺利完成空间非合作目标的捕获，提高了整个抓捕的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，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、集群捕获任务阶段和集群安全撤离阶段；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、捕获任务评估阶段、捕获任务规划阶段及捕获任务执行阶段；

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

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d_max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；