CN106467178A - 触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包 - Google Patents

触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包 Download PDF

Info

Publication number
CN106467178A
CN106467178A CN201610831943.8A CN201610831943A CN106467178A CN 106467178 A CN106467178 A CN 106467178A CN 201610831943 A CN201610831943 A CN 201610831943A CN 106467178 A CN106467178 A CN 106467178A
Authority
CN
China
Prior art keywords
racemization
fixed
bag
processes
main body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610831943.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106467178B (zh
Inventor
霍明英
齐乃明
刘延芳
赵钧
江左
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201610831943.8A priority Critical patent/CN106467178B/zh
Publication of CN106467178A publication Critical patent/CN106467178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106467178B publication Critical patent/CN106467178B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G4/00—Tools specially adapted for use in space

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

本发明提供了一种触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，属于空间非合作目标快速消旋处理技术领域。本发明所述消旋处理包主体固定在触须式飞网的中心位置，消旋处理包主体的顶部固定有抓取配合机构，消旋处理包主体的表面上固定有姿控推进系统，惯性导航测量单元和控制单元固定在消旋处理包主体内，触须式飞网的末梢上固定有末端质量块，仿生刚毛吸附材料（碳纳米管阵列）固定在末端质量块一端的触须式飞网上。本发明根据空间非合作目标消旋处理的迫切需求，以大尺寸且高速旋转的非合作目标为受控对象，提出一种触须粘附式空间非合作目标快速消旋处理包，用于对此类非合作目标进行快速消旋处理。

Description

触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包
技术领域
本发明涉及一种触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，属于空间非合作目标快速消旋处理技术领域。
背景技术
随着人类探索太空、开发宇宙步伐的加速，世界各国都积极地通过发射不同种类、不同功能的卫星来占据相应的轨道，结果导致能够满足科学研究、探索的太空空间也变得日益拥挤。此外，由于太空本身的一些行星活动导致的太空垃圾以及人造卫星在发射、运行等过程中因操作(整流罩抛射、变轨产生的推进剂颗粒等)、卫星之间的碰撞或者失效卫星解体等产生的人造垃圾的存在，对在轨运行的卫星等航天器均存在潜在的威胁。因此，为了人类进行太空探索的长远计划，营造一个清洁、安全的太空环境十分重要，对不同尺寸的太空垃圾的清理势在必行。然而，在空间摄动力作用下，失去控制的航天器(或空间垃圾)大多处于高速自旋章动状态，为失效航天器的抓捕及合作化处理带来极大挑战。采用主动接触式捕获装置对高速旋转的失控航天器直接进行抓捕具有很大的风险，机械臂和捕捉爪都有可能会受到旋转航天器的破坏。所以在对失控航天器进行故障修复前(或对空间垃圾抓捕前)，需要对空间非合作目标进行消旋处理，使非合作目标(失控航天器或空间垃圾)合作化，以保证航天器服务平台主星的安全。
目前，针对空间非合作目标(或空间垃圾)处理方面的研究大多是对空间非合作目标捕获及降轨方面的研究，针对非合作目标消旋方面的研究比较少。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，包括：抓取配合机构、消旋处理包主体、姿控推进系统、触须式飞网、仿生刚毛吸附材料、末端质量块、惯性导航测量单元和控制单元，所述消旋处理包主体固定在触须式飞网的中心位置，消旋处理包主体的顶部固定有抓取配合机构，消旋处理包主体的表面上固定有姿控推进系统，惯性导航测量单元和控制单元固定在消旋处理包主体内，触须式飞网的末梢上固定有末端质量块，仿生刚毛吸附材料固定在末端质量块一端的触须式飞网上。
本发明根据空间非合作目标消旋处理的迫切需求，以大尺寸且高速旋转的非合作目标为受控对象，提出一种触须粘附式空间非合作目标快速消旋处理包，用于对此类非合作目标进行快速消旋处理。当触须粘附式消旋处理包与航天器服务平台主星分离并抵达目标表面后，触须粘附式飞网完成对目标的缠绕，并通过仿生刚毛吸附材料对目标实现可靠的捕获形成组合体，然后再利用消旋平台携带的小型姿控推进系统产生推力实现对目标的快速消旋。为后续服务平台主星对该组合体(消旋处理包粘附在目标表面之后形成的组合体)进行二次抓捕、维修或清理等操作提供前期准备，避免该类高速旋转的大尺寸非合作目标对捕获装置甚至航天器服务平台主星造成损坏。
附图说明
图1为本发明触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包的结构示意图。
图2为消旋处理包控制框图。
图3为消旋处理包的推力执行机构分配策略示意图。
图4为图1中消旋处理包主体2处的局部放大图。
图5为图1中仿生刚毛吸附材料5处的局部放大图。
图中的附图标记，1为抓取配合机构，2为消旋处理包主体，3为姿控推进系统，4为触须式飞网，5为仿生刚毛吸附材料，6为末端质量块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1、图4和图5所示，本实施例所涉及的一种触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，包括：抓取配合机构1、消旋处理包主体2、姿控推进系统3、触须式飞网4、仿生刚毛吸附材料5、末端质量块6、惯性导航测量单元和控制单元，所述消旋处理包主体2固定在触须式飞网4的中心位置，消旋处理包主体2的顶部固定有抓取配合机构1，消旋处理包主体2的表面上固定有姿控推进系统3，惯性导航测量单元和控制单元固定在消旋处理包主体2内，触须式飞网4的末梢上固定有末端质量块6，仿生刚毛吸附材料5固定在末端质量块6一端的触须式飞网4上。
所述触须式飞网4的中心部分为蛛网结构。
所述姿控推进系统3由六个推力发动机组成，所述六个推力发动机通过喷气作用力产生对三个体坐标轴的控制力矩。
所述仿生刚毛吸附材料5为碳纳米管阵列。
当触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包与航天器服务平台分离并抵达目标表面后，利用末端质量块6的惯性使触须式飞网4完成对目标的缠绕，并通过仿生刚毛吸附材料5对目标实现可靠的捕获形成组合体。
通过消旋处理包主体2内的惯性测量单元测量得出组合体相对消旋处理包体坐标系下的加速度矢量，并采用PD控制策略通过控制单元产生控制信号，驱动姿控推进系统3产生控制力矩，实现组合体的快速消旋控制。
根据消旋任务要求，实际上消旋系统的参考输入就是将体坐标系下的角速度降为零，参考输入为ωu＝[ωux,ωuy,ωuz]T＝[0,0,0]T，消旋处理包的姿态动力学反馈信息为惯性导航系统提供当前的角速度信息ω＝[ωx,ωy,ωz]T。消旋控制系统根据参考输入信息ωu和导航信息ω形成闭环控制，从而实现消旋处理包对组合体的消旋控制，消旋处理包的控制框图如图2所示。
消旋处理包控制单元负责根据当前姿态角速度的偏差量计算控制量，通过计算出的控制量对消旋推力系统进行控制，从而最终实现对非合作目标消旋过程的闭环控制。考虑到消旋任务主要是需要将非合作目标的姿态角速度降低一个数量级，并不要求精确控制。根据以上分析，选择精度不高、设计简单的PD控制(比例微分控制)作为消旋控制策略。
消旋处理包的姿控推进系统由六个推力发动机组成。这六个推力发动机可以通过喷气发作用力产生对三个体坐标轴的控制力矩。消旋处理包的姿控推进系统分配策略示意图如图3所示，分配策略如下：1、控制器计算得出的计算控制力矩根据推进器推力分配方程计算得出各个消旋推力发动机的计算推力；2、考虑到推进器的执行能力，各推力发动机的计算推力根据自身所能产生的推力幅值进行推力限幅；3、由于推力发动机的推力不可调，因此采用PWM调制的方法，通过调整推力发动机工作的占空比实现对推力器推力的调整，使实际产生的平均推力可与计算推力近似相等；4、实际产生的控制力矩根据推力发动机的平均推力计算得出推力发动机相对与体坐标系三轴产生的控制力矩作为推力发动机输出控制量。
消旋处理包对空间非合作目标消旋处理完成后，航天器服务平台可通过消旋处理包上预留的抓取配合结构1实现后续的空间操控服务。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，其特征在于，包括：抓取配合机构(1)、消旋处理包主体(2)、姿控推进系统(3)、触须式飞网(4)、仿生刚毛吸附材料(5)、末端质量块(6)、惯性导航测量单元和控制单元，所述消旋处理包主体(2)固定在触须式飞网(4)的中心位置，消旋处理包主体(2)的顶部固定有抓取配合机构(1)，消旋处理包主体(2)的表面上固定有姿控推进系统(3)，惯性导航测量单元和控制单元固定在消旋处理包主体(2)内，触须式飞网(4)的末梢上固定有末端质量块(6)，仿生刚毛吸附材料(5)固定在末端质量块(6)一端的触须式飞网(4)上。
2.根据权利要求1所述的触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，其特征在于，所述触须式飞网(4)的中心部分为蛛网结构。
3.根据权利要求1所述的触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，其特征在于，所述姿控推进系统(3)由六个推力发动机组成，所述六个推力发动机通过喷气作用力产生对三个体坐标轴的控制力矩。
4.根据权利要求1所述的触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包，其特征在于，所述仿生刚毛吸附材料(5)为碳纳米管阵列。
CN201610831943.8A 2016-09-19 2016-09-19 触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包 Active CN106467178B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610831943.8A CN106467178B (zh) 2016-09-19 2016-09-19 触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610831943.8A CN106467178B (zh) 2016-09-19 2016-09-19 触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106467178A true CN106467178A (zh) 2017-03-01
CN106467178B CN106467178B (zh) 2018-11-02

Family

ID=58230569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610831943.8A Active CN106467178B (zh) 2016-09-19 2016-09-19 触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106467178B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107651224A (zh) * 2017-07-04 2018-02-02 上海宇航系统工程研究所 基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法
CN108408089A (zh) * 2018-03-15 2018-08-17 哈尔滨工业大学 针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法
CN109131954A (zh) * 2018-08-02 2019-01-04 西北工业大学 利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法
CN109752160A (zh) * 2018-12-19 2019-05-14 上海航天控制技术研究所 用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置
CN114802811A (zh) * 2022-05-13 2022-07-29 南京理工大学 一种用于失稳航天器的附着式消旋载荷系统
CN115108047A (zh) * 2022-07-20 2022-09-27 南京理工大学 一种面向空间在轨服务的失稳航天器附着式消旋方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2497714A1 (de) * 2011-03-08 2012-09-12 Astrium GmbH Bergungs- und Abbremsvorrichtung für frei im All fliegende Objekte
CN102781781A (zh) * 2009-11-25 2012-11-14 普罗斯空气空间公司 不稳定空间碎片的稳定
US8403269B2 (en) * 2010-10-22 2013-03-26 Alliant Techsystems Inc. Orbit debris removal and asset protection assembly
CN103241394A (zh) * 2013-05-17 2013-08-14 哈尔滨工业大学 一种可控性智能蜘蛛网俘获装置及利用其俘获在轨飞行器的方法
CN103935530A (zh) * 2014-04-29 2014-07-23 西北工业大学 一种利用涡卷发条的卫星消旋装置
EP2774855A4 (en) * 2011-11-02 2015-08-12 Ihi Corp DEVICE FOR REMOVING WORLD SCREEN AND METHOD FOR REMOVING WORLD SCRAP
CN105197261A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 哈尔滨工业大学 面向在轨服务的快速翻滚目标消旋细胞帆及其工作方法
CN105353823A (zh) * 2015-11-25 2016-02-24 西北工业大学 一种空间非磁化金属碎片直流消旋磁场控制方法
US20160244190A1 (en) * 2013-10-07 2016-08-25 Astroscale Japan Inc. Rotation suppressing device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102781781A (zh) * 2009-11-25 2012-11-14 普罗斯空气空间公司 不稳定空间碎片的稳定
US8403269B2 (en) * 2010-10-22 2013-03-26 Alliant Techsystems Inc. Orbit debris removal and asset protection assembly
EP2497714A1 (de) * 2011-03-08 2012-09-12 Astrium GmbH Bergungs- und Abbremsvorrichtung für frei im All fliegende Objekte
EP2774855A4 (en) * 2011-11-02 2015-08-12 Ihi Corp DEVICE FOR REMOVING WORLD SCREEN AND METHOD FOR REMOVING WORLD SCRAP
CN103241394A (zh) * 2013-05-17 2013-08-14 哈尔滨工业大学 一种可控性智能蜘蛛网俘获装置及利用其俘获在轨飞行器的方法
US20160244190A1 (en) * 2013-10-07 2016-08-25 Astroscale Japan Inc. Rotation suppressing device
CN103935530A (zh) * 2014-04-29 2014-07-23 西北工业大学 一种利用涡卷发条的卫星消旋装置
CN105197261A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 哈尔滨工业大学 面向在轨服务的快速翻滚目标消旋细胞帆及其工作方法
CN105353823A (zh) * 2015-11-25 2016-02-24 西北工业大学 一种空间非磁化金属碎片直流消旋磁场控制方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107651224A (zh) * 2017-07-04 2018-02-02 上海宇航系统工程研究所 基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法
CN107651224B (zh) * 2017-07-04 2021-03-09 上海宇航系统工程研究所 基于单系绳连接点对空间失稳目标的分步消旋控制方法
CN108408089A (zh) * 2018-03-15 2018-08-17 哈尔滨工业大学 针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法
CN108408089B (zh) * 2018-03-15 2021-11-23 哈尔滨工业大学 针对空间自旋目标抓捕及消旋的地面物理仿真试验方法
CN109131954A (zh) * 2018-08-02 2019-01-04 西北工业大学 利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法
CN109131954B (zh) * 2018-08-02 2020-08-04 西北工业大学 利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法
CN109752160A (zh) * 2018-12-19 2019-05-14 上海航天控制技术研究所 用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置
CN114802811A (zh) * 2022-05-13 2022-07-29 南京理工大学 一种用于失稳航天器的附着式消旋载荷系统
CN115108047A (zh) * 2022-07-20 2022-09-27 南京理工大学 一种面向空间在轨服务的失稳航天器附着式消旋方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106467178B (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106467178A (zh) 触须粘附式大尺寸空间非合作目标快速消旋处理包
Nishida et al. Strategy for capturing of a tumbling space debris
Cheng et al. In-orbit assembly mission for the space solar power station
CA2853551C (en) Propulsion system in two modules for satellite orbit control and attitude control
CN101723095B (zh) 卸载宇宙飞船的惯性轮的方法和系统
CN110160407A (zh) 一种运载火箭子级落区范围控制系统
CN110450990A (zh) 基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统及捕获方法
CN103991559B (zh) 一种洛伦兹航天器悬停控制方法
CN105197261B (zh) 面向在轨服务的快速翻滚目标消旋细胞帆的工作方法
CN106660641A (zh) 控制卫星在地球轨道中的轨道的方法、卫星和控制这种卫星的轨道的系统
CN107792393A (zh) 主从非接触内含式卫星地面验证系统及其验证方法
CN110450989B (zh) 微纳卫星集群捕获空间非合作目标的贴附消旋与轨控方法
CN109677636A (zh) 一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法
Takeichi et al. A tethered plate satellite as a sweeper of small space debris
Cheng et al. Approach and maneuver for failed spacecraft de-tumbling via space teleoperation robot system
CN110510152A (zh) 一种低轨道地磁蓄能-释放投送系统
CN110304272A (zh) 基于桁架装配微纳卫星追踪器及其追踪方法
CN110510153B (zh) 一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨控制方法
JP2023155474A (ja) デブリ除去衛星、地上設備、デブリ除去制御装置、および、デブリ除去制御方法
Peck et al. Control-moment gyroscopes for joint actuation: a new paradigm in space robotics
CN107352050B (zh) 大型纵轴对地微波天线载荷卫星的推力器配置布局方法
Gregory et al. Characterization of Semi-Autonomous On-Orbit Assembly CubeSat Constellation
CN113608539B (zh) 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
WO2020261397A1 (ja) デブリ回収制御装置、デブリ回収衛星、捕獲用インタフェース機器、接続装置、デブリ回収システム、デブリ回収方法、および、デブリ回収プログラム
Chen et al. Post-capture angular momentum management of space robot with controllable damping joints

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant