空间非合作目标状态估计与消旋方案设计

发布时间：2020-12-09 02:13

　　随着航天技术的不断发展,人类的航天活动愈发频繁。许多空间任务涉及空间非合作目标的抓捕,如:辅助入轨、在轨维修、加注燃料、碎片清除、拖曳离轨等。因此对空间非合作目标实施安全、可靠的在轨捕获是空间任务中最关键的技术之一。空间非合作目标的特点是未安装有用于服务航天器捕获的抓捕装置,而且无法与外界进行通信,同时在空间中处于自由翻滚的状态,无法对自身的姿态进行控制和调节。因此,若能在捕获前精确得到空间非合作目标的结构特征信息、惯性信息以及姿态信息并且对非合作目标进行消旋控制,使其角速度减小,对后续的直接抓捕及在轨任务的操作将十分有利。本论文主要针对空间非合作目标的在轨捕获任务,考虑目标先验信息未知以及在空间中处于自由翻滚的运动状态,开展空间非合作目标的惯量特性与姿态信息估计及消旋方案研究。主要研究内容如下:详细介绍了本文将用到的参考坐标系的定义,建立了空间非合作目标的姿态运动学和动力学方程,并分析了两种典型的目标运动状态。介绍了状态估计的理论知识,为后续算法的提出奠定了基础。针对空间非合作目标的状态估计问题,首先基于微分法得到了目标在特征坐标系下的角速度的粗估计值;然后利用这个结果来估计空间非合... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

NASA机器人在轨燃料加注任务(RRM)

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义人类航天活动的飞速发展，极大地改变了我们的生活。实际上，许多空间任务涉及空间非合作目标的捕获[1]，例如：对未成功进入预定轨道的卫星进行辅助入轨对发生故障的卫星进行维修、更换故障单元仪器、辅助机构展开(如展开未能正常打开的太阳帆板、天线等)；对燃料耗尽但其他系统正常工作的卫星加注燃料，延长寿命；由于地球同步轨道是有限的空间资源，十分宝贵，但是已有的卫星无论是现役的还是已经失效的都依然占有着运行轨道，造成资源的浪费，利用空间非合作目标在轨捕获技术，可以将废弃卫星拖曳至坟墓轨道，实现资源的最大有效利用[2]一些军事任务等。因此，对空间非合作目标安全、可靠地实施在轨捕获是空间任务中最关键的技术之一[3]。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文同，都是利用角动量守恒定理，通过增大系统的转动惯量减小其自旋的角速度。其优点是可以利用一个质量很小的服务航天器对一个质量是其几千倍的非合作目标进行消旋。主要的消旋过程为：在纳米卫星上安装一根刚度极强的绳，绳上连接一个质量很轻的网状抓捕机构。在发现非合作目标时，利用控制装置将网张开抓捕非合作目标，同时连接抓捕网与卫星间的刚性绳将处于拉紧状态，这时将有拉力施加到自旋的非合作目标上来减小目标的自旋运动，此拉紧状态将持续到目标的自旋角速度减小到一定的范围内。在此过程中也没有能量的损耗，只是将非合作目标的自旋角动量转移到抓捕卫星上。抓捕示意图及消旋示意图如下所示。这种方法在消旋过程中与目标为柔性接触，不会因为碎片转速过大而产生结构损坏，且抓捕时由于柔性机构的特性，对目标形状和大小的包容性更强。但在消旋过程中需要注意的问题是要避免绳网发生缠绕。


本文编号：2906070