[发明专利]微纳星的电磁装置设计方法、装置及重构控制方法

说明书

本申请涉及微纳星的电磁装置设计方法、装置及重构控制方法，设计方法包括：根据微纳星的构型确定电磁装置的设计构型；开展线圈半径分别与电磁力和力矩之间关系的仿真试验得到第一仿真试验结果；根据线圈质量约束及第一仿真试验结果确定设计的目标线圈外径，得到设计的目标线圈半径；基于目标线圈外径开展线圈厚度分别与电磁力和力矩之间关系的仿真试验，得到第二仿真试验结果；根据线圈质量约束及第二仿真试验结果确定设计的目标线圈厚度；根据目标线圈半径和目标线圈厚度，计算得到线圈的目标长度及目标总质量；根据立方星的框架密度及尺寸计算得到框架质量，根据线圈的目标总质量及框架质量计算得到电磁装置的设计总质量。装置综合性能较强。

技术领域

本申请涉及微纳卫星技术领域，特别是涉及一种微纳星的电磁装置设计方法、装置及重构控制方法。

背景技术

随着航天器电磁技术、在轨操控技术、模块化趋势以及商业航天的迅猛发展，微纳星在轨应用前景广阔。目前，微纳星组装的空间结构通常用于完成单一任务，如太阳能电池板阵的桁架、吊杆及支架等；微纳星组装方法可形成更大结构，但较难根据任务变化随意改变整体结构；为执行多种任务，往往需要使用许多昂贵的专用结构和设备，耗费更多物资与成本。

由于无燃料消耗、低对接冲击、无羽流污染等优点，航天器电磁操控技术成为近十几年的研究热点，可有效避免传统推力器的固有问题；利用航天器之间的磁场产生电磁力，可较好应用于微纳星模块按需组装及重构需求。然而，在实现本发明过程中，发明人发现传统的电磁技术在多微纳星模块重构的应用中，目前主要存在着装置质量偏大、磁场强度不足、作用距离过短且控制能力受限等缺点，即存在着综合性能较差的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种综合性能较强的微纳星的电磁装置设计方法、一种微纳星的电磁装置以及一种微纳星的重构控制方法。

为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种微纳星的电磁装置设计方法，包括步骤：

根据微纳星的构型，确定用于辅助微纳星重构的电磁装置的设计构型；微纳星为立方星，电磁装置的设计构型为立方构型；

控制电磁装置的线圈外径在设定外径范围内变化，开展线圈半径分别与电磁力和力矩之间关系的仿真试验，得到第一仿真试验结果；

根据线圈质量约束及第一仿真试验结果确定设计的目标线圈外径，得到设计的目标线圈半径；

基于目标线圈外径，控制线圈厚度在设定厚度范围内变化并开展线圈厚度分别与电磁力和力矩之间关系的仿真试验，得到第二仿真试验结果；

根据线圈质量约束及第二仿真试验结果确定设计的目标线圈厚度；

根据目标线圈半径和目标线圈厚度，计算得到线圈的目标长度及目标总质量；

根据立方星的框架密度及尺寸计算得到框架质量，根据线圈的目标总质量及框架质量，计算得到电磁装置的设计总质量。

在其中一个实施例中，得到第一仿真试验结果的过程，包括：

在设定线圈电流下，分析两个相同立方星之间的距离为目标距离时的电磁力与力矩，得到线圈半径分别与电磁力和力矩的第一仿真试验结果。

在其中一个实施例中，电磁装置的十二个线圈分别贴附在微纳星框架的十二条棱边内壁。

在其中一个实施例中，立方星的框架为铝制框架，电磁装置的线圈为铜漆包线。

在其中一个实施例中，电磁装置的磁场力通过如下模型确定：