[发明专利]重力补偿系统、航天器相对运动地面悬吊实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种重力补偿系统、航天器相对运动地面悬吊实验系统及方法，其中悬吊式重力补偿系统包括支撑架、随动单元、第一吊索和第一控制器，所述随动单元设于支撑架上；第一吊索的一端与随动单元固连，第一吊索的另一端用于与追踪模拟器固连；随动单元的控制端与第一控制器电连接；第一控制器用于根据追踪模拟器的位置和速度信息控制随动平台改变水平位置，使得随动平台在水平方向跟随追踪模拟器的运动轨迹。本发明利用悬吊式重力补偿系统提供三维相对位置运动条件，从而能够在地面开展模拟器的三维相对位置运动地面实验，大大拓展了实验的可信度和应用范围。

技术领域

本发明属于航天器相对运动地面实验领域，特别涉及一种重力补偿系统、航天器相对运动地面悬吊实验系统及方法。

背景技术

在控制方法应用到真实空间航天器之前，需要通过实验对其进行严格的验证。最理想的方式是专门发射一颗卫星到太空以对姿轨控制方法进行验证，这种验证方式由于风险过大、成本过高而在现实中较难实现。目前较可行的方式是在地面实验台验证姿轨控制算法。

为了能在地面实验室真实反映空间中两航天器间的相对运动动力学关系，有两个关键问题需要解决。一是如何将空间中真实航天器的大尺度相对运动与地面模拟器的小尺度相对运动建立相似关系。二是地面实验台能否真实模拟空间中的微重力环境。第一个问题可以通过相似性分析法和量纲分析法来解决。针对第二个问题，目前主流的方法是通过建立地面气浮台以给地面模拟器提供近乎无摩擦的二维平面运动和地面模拟器自身的一维姿态转动。对于三维相对位置运动的模拟，地面气浮台显然无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中无法为地面模拟器提供三维相对位置运动条件的不足，提供一种重力补偿系统、航天器相对运动地面悬吊实验系统及方法，利用悬吊式重力补偿系统提供三维相对位置运动条件，从而能够在地面开展模拟器的三维相对位置运动地面实验，大大拓展了实验的可信度和应用范围。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种悬吊式重力补偿系统，其特点是包括支撑架、随动单元、第一吊索和第一控制器，其中：

所述随动单元设于支撑架上；第一吊索的一端与随动单元固连，第一吊索的另一端用于与追踪模拟器固连；随动单元的控制端与第一控制器电连接；

第一控制器：用于根据追踪模拟器的位置和速度信息控制随动平台改变水平位置，使得随动平台在水平方向跟随追踪模拟器的运动轨迹。

作为一种优选方式，还包括第一通讯单元，追踪模拟器的第一惯导系统通过第一通讯单元与第一控制器电连接；

第一惯导系统：用于获取追踪模拟器的位置和速度信息，并通过第一通讯单元将获得的位置和速度信息发送至第一控制器。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种航天器相对运动地面悬吊实验系统，包括追踪模拟器和目标模拟器，追踪模拟器具有第一星载计算机和喷气系统；第一星载计算机内置有姿轨控制算法；第一星载计算机与喷气系统的控制端电连接；

其特点是还包括第二控制器和所述的悬吊式重力补偿系统，第一控制器和第二控制器均与第一星载计算机电连接；

目标模拟器通过第二吊索悬吊于所述支撑架，追踪模拟器通过第一吊索悬吊于所述随动单元；

第二控制器：用于获得目标模拟器的位置、速度、姿态和角速度信息并将其发送给第一星载计算机；

第一控制器：用于获得追踪模拟器的位置、速度、姿态和角速度信息并将其发送给第一星载计算机；

第一星载计算机：用于根据第一控制器和第二控制器发送的信息，计算出目标模拟器和追踪模拟器二者的相对位置、相对速度、相对姿态和相对角速度；用于根据目标模拟器和追踪模拟器二者的相对关系，运用姿轨控制算法求得控制追踪模拟器的喷气系统的控制指令；