一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113608539A(43)申请公布日2021.11.05(21)申请号202110724030.7(22)申请日2021.08.01(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人岳洪浩杨飞余运锋陆一凡赵海红赵勇(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人刘景祥(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法(57)摘要本发明公开了一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法。该方法利用两个搭载高温超导线圈的小卫星组成电磁编队，到达非合作目标两侧，营造包络目标的空间可控磁场；通过控制星载线圈电流的大小和方向及编队卫星的姿态，实现两个服务卫星不断的靠近、远离目标。利用目标上的导体相对线圈磁场运动而感应的涡流力矩实现目标和线圈系统的非接触电磁作用，吸收目标的角动量，并在最远点利用推进剂消耗服务卫星系统的角动量。本发明为了解决非合作目标复杂的翻滚运动而难以实施捕获的问题。CN113608539ACN113608539A权利要求书1/2页1.一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述非接触消旋方法包括以下步骤：步骤1：两个服务航天器到达目标的两侧，并与目标位于同一轨道，到达安全距离范围，且两个服务卫星的姿态控制系统保证线圈始终指向目标；步骤2：到达步骤1的安全范围内的位置，两个服务卫星均启动星载超导线圈转置，两个卫星携带的超导线圈开始通入方向相同的电流，卫星开始靠近目标并开始绕目标做旋转运动；步骤3：为了避免和目标发生碰撞，根据目标运动状态，确定两个线圈电流保持同向电流的时间，之后两个星载线圈的电流转变为互异方向，星间电磁力表现为斥力，服务卫星减速靠近目标，到达安全距离范围最近点后反向远离目标到达安全距离范围最远点；步骤4：到达步骤3的安全距离范围最远点位置，服务卫星利用推进器工作减小编队卫星绕目标的旋转角速度；步骤5：对翻滚目标的旋转参数进行测量，若目标转速满足要求，则完成空间翻滚目标非接触消旋；若目标转速高于要求，服务卫星超导线圈通同向电流，进行下一个消旋循环，直到目标的旋转运动完全衰减，完成空间翻滚目标非接触消旋。2.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1：两个服务航天器向需要消旋的目标靠近，到达目标的两侧，并与目标位于同一轨道，到达目标表面约20米内的位置；步骤1.2：基于步骤1.1到达的位置，再利用两个服务航天器所携带的视觉测量系统或激光雷达对目标的几何参数和旋转运动参数进行测量，确定与目标表面的大型附属结构不发生碰撞的安全距离；步骤1.3：两个服务卫星通过姿态控制机构使携带的超导线圈均指向目标，并通过推进系统调节自身位置，使两个服务卫星到达目标的距离相同。3.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤1中根据矢量力学，不考虑空间扰动情况，服务卫星相对目标的运动的动力学方程为其中，ρ为服务卫星相对消旋目标的位置矢量，ωh为目标的轨道角速度，rt为目标的到地心的位置矢量，μ为引力常数，mc为服务卫星质量，Fc1c2和Fc1t分别为卫星之间的电磁力和目标对服务卫星的电磁力。4.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤2在卫星开始靠近目标并开始绕目标做旋转运动时，服务卫星的姿态控制系统保证线圈始终指向目标。5.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤2根据欧拉方程，目标的姿态动力学表示为：2CN113608539A权利要求书2/2页TH其中，ω为在体坐标系H下的目标角速度，It为目标的惯性矩阵，Tt为目标受到的电磁力矩表示在体坐标系H下；Ath为轨道坐标系到目标体坐标系的转换矩阵；根据四元数法，目标的姿态运动可以表示为：6.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，其特征在于，所述步骤3在服务卫星反向离开目标的过程中，服务卫星的星载超导线圈的电流再次同向，通过控制电流大小来控制服务卫星到达既定的距离目标安全距离范围最远点位置。7.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接触消旋方法，‑5其特征在于，所述步骤3中线圈之间的电磁力表示为Fc1c2＝k1ρρ，其中k1为与线圈电流方向和大小有关的常数。8.根据权利要求1所述一种基于双星电磁编队卫星的空间翻滚目标非接