CN110077624A - 一种基于母子协同的空间碎片捕获方法 - Google Patents

一种基于母子协同的空间碎片捕获方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110077624A
CN110077624A CN201910330627.6A CN201910330627A CN110077624A CN 110077624 A CN110077624 A CN 110077624A CN 201910330627 A CN201910330627 A CN 201910330627A CN 110077624 A CN110077624 A CN 110077624A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aircraft
sub
space junk
target
space
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
CN201910330627.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110077624B (zh
Inventor
陈维春
陈新龙
朱孟萍
张翔翼
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.)
China Academy of Space Technology CAST
Original Assignee
China Academy of Space Technology CAST
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 China Academy of Space Technology CAST filed Critical China Academy of Space Technology CAST
Priority to CN201910330627.6A priority Critical patent/CN110077624B/zh
Publication of CN110077624A publication Critical patent/CN110077624A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110077624B publication Critical patent/CN110077624B/zh
Expired - Fee Related 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
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/002—Launch systems
    • B64G1/005—Air launch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242—Orbits and trajectories
    • B64G1/2427—Transfer orbits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (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

一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，涉及航天器在轨服务技术领域；包括如下步骤：步骤一、当母飞行器接收到工作指令后，向空间碎片目标飞行靠近；步骤二、距离空间碎片目标s1时，释放子飞行器；步骤三、子飞行器沿激光信号继续飞行；至距离空间碎片目标s2处；步骤四、子飞行器飞行至s3处；将光学相机对准空间碎片目标；环绕空间碎片目标飞行；寻找子飞行器的锚点位置；步骤五、子飞行器飞行至s4处；对锚点位置垂直指向跟随；步骤六、子飞行器实现对空间碎片目标的可靠附着；步骤七、子飞行器推动空间碎片目标离开原有运行轨道；本发明的捕获系统兼具灵活性、可靠性、高时效性、操作简捷、无碎片俘获的独特优势，进一步拓展了任务执行能力。

Description

一种基于母子协同的空间碎片捕获方法
技术领域
本发明涉及一种航天器在轨服务技术领域，特别是一种基于母子协同的空间碎片捕获方法。
背景技术
随着人类航天活动日益频繁，航天器发射数量不断增加，由此产生了大量的空间碎片，包括运载工具、失效载荷以及由空间物体碰撞产生的碎片等。近年来，已编目的在轨空间碎片已达2.3万个，空间碎片问题已经成为人类必须面对的环境问题。空间碎片的主要危害在于：会对在轨正常运行的航天器造成严重威胁，可能发生碰撞致使正常运行使航天器损伤甚至粉碎性解体，同时产生更多空间碎片；空间碎片会占据地球静止轨道宝贵的轨位资源。正是由于空间碎片的危害性巨大，许多国家采取了相应的解决措施。其中，空间碎片捕获清除是解决此类问题的一种重要手段。
目前国内外常用的空间目标捕获方式可分为刚性与柔性两种类型，其中刚性捕获方式包括机械臂、锥杆等对接方式，柔性捕获方式包括飞网、飞爪等捕获方式。这些捕获方式各自都存在一定的优缺点和适用场合，而且这些捕获方式重点基于具体的捕获手段，更侧重于从捕获载荷角度形成捕获能力。从目前公开报道来看，从飞行器系统角度研究空间碎片捕获能力还较为缺乏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，兼具灵活性、可靠性、高时效性、操作简捷、无碎片俘获的独特优势，进一步拓展了任务执行能力。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，包括如下步骤：
步骤一、初始状态，母飞行器绕地球静止轨道飞行；当母飞行器接收到外部指挥控制系统发出的工作指令后，母飞行器向空间碎片目标飞行靠近；
步骤二、当母飞行器距离空间碎片目标s1时，母飞行器释放子飞行器；母飞行器保持不动；
步骤三、母飞行器向空间碎片目标发射激光信号；激光信号经空间碎片目标反射至子飞行器；子飞行器沿激光信号反射路径继续向空间碎片目标飞行；直至子飞行器飞行至距离空间碎片目标s2处；
步骤四、子飞行器从距离空间碎片目标s2处自主飞行至距离空间碎片目标s3处；子飞行器打开光学相机，将光学相机对准空间碎片目标；子飞行器环绕空间碎片目标飞行；寻找子飞行器的锚点位置；
步骤五、子飞行器继续靠近空间碎片目标至s4处；子飞行器保持对锚点位置垂直指向跟随；
步骤六、子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着；
步骤七、子飞行器推动空间碎片目标离开空间碎片目标原有运行轨道。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤一中，母飞行器上搭载n个子飞行器；n为正整数，且n≥10。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤二中，所述s1为100km。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤三中，所述s2为10km。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤四中，所述s3为400-1000m。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤四中，子飞行器环绕空间碎片目标飞行时，按2个环形路径绕空间碎片目标飞行，2个环形路径呈正交分布；且子飞行器沿每个环形路径飞行时，飞行圈数不少于2圈。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤四中，锚点位置为直径大于等于200mm的圆形平面。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤五中，s4为1m。
在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤六中，子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着时，子飞行器撞击时的速度为0.25-0.5m/s。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中的基于母子飞行器协同工作的空间碎片捕获新系统，由母飞行器承载多颗子飞行器组成，可充分发挥母飞行器和子飞行器各自的优势以及相互之间的配合优势，实现子飞行器利用母飞行器的资源优势便于“轻小型化快速机动设计、两器之间资源共享”等协同效果，使得整个捕获系统兼具“灵活性、可靠性、高时效性、操作简捷、无碎片俘获”的独特优势；
(2)本发明母子协同捕获系统除了可对空间碎片捕获并辅助离轨外，母飞行器配置相关有效载荷可执行独立的任务，子飞行器携带合适的操作工具后还可对己方在轨航天器进行维修维护、功能升级等操作，进一步拓展了任务执行能力。
附图说明
图1为本发明捕获流程示意图；
图2为本发明子飞行器绕空间碎片环绕飞行示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，母子式协同系统由母飞行器与其承载的多颗子飞行器组成，母飞行器逼近空间碎片目标至一定范围后释放分离子飞行器，引导子飞行器进一步接近空间碎片目标，子飞行器距离空间碎片目标一定距离后完全利用自身能力进一步逼近空间碎片目标，通过低速撞击方式附着于空间碎片目标某一预定锚点位置，即可执行空间碎片捕获离轨任务。执行空间碎片捕获离轨任务工作模式：由子飞行器推动空间碎片目标离开正常运行轨道。母飞行器除了执行支持子飞行器任务之外，通过配置相关有效载荷可执行独立的任务。
如图1所示为捕获流程示意图，由图可知，一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，包括如下步骤：
步骤一、初始状态，母飞行器上搭载n个子飞行器；n为正整数，且n≥10。母飞行器绕地球静止轨道飞行；当母飞行器接收到外部指挥控制系统发出的工作指令后，母飞行器向空间碎片目标飞行靠近。
步骤二、当母飞行器距离空间碎片目标s1时，s1为100km；母飞行器释放子飞行器；母飞行器保持不动；母飞行器是子飞行器的发射搭载平台以及对目标卫星的轨道转移搭载平台。
步骤三、母飞行器向空间碎片目标发射激光信号；激光信号经空间碎片目标反射至子飞行器；子飞行器沿激光信号反射路径继续向空间碎片目标飞行；直至子飞行器飞行至距离空间碎片目标s2处，s2为10km；母飞行器利用其探测系统获取目标相对位置信息，并向目标发射激光信号，子飞行器接收母飞行器对目标的制导信号实施近程导引，经变轨机动，向目标飞近，直至飞行器在距目标10km附近。
步骤四、子飞行器从距离空间碎片目标s2处自主飞行至距离空间碎片目标s3处；s3为400-1000m；子飞行器打开光学相机，将光学相机对准空间碎片目标；子飞行器环绕空间碎片目标飞行；如图2所示为子飞行器绕空间碎片环绕飞行示意图，由图可知，子飞行器环绕空间碎片目标飞行时，按2个环形路径绕空间碎片目标飞行，2个环形路径呈正交分布；且子飞行器沿每个环形路径飞行时，飞行圈数不少于2圈。寻找子飞行器的锚点位置；锚点位置为直径大于等于200mm的圆形平面。
步骤五、子飞行器继续靠近空间碎片目标至s4处；s4为1m；子飞行器保持对锚点位置垂直指向跟随；
步骤六、子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着；子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着时，子飞行器撞击时的速度为0.25-0.5m/s。
步骤七、子飞行器推动空间碎片目标离开空间碎片目标原有运行轨道。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、初始状态，母飞行器绕地球静止轨道飞行；当母飞行器接收到外部指挥控制系统发出的工作指令后，母飞行器向空间碎片目标飞行靠近；
步骤二、当母飞行器距离空间碎片目标s1时，母飞行器释放子飞行器；母飞行器保持不动；
步骤三、母飞行器向空间碎片目标发射激光信号；激光信号经空间碎片目标反射至子飞行器；子飞行器沿激光信号反射路径继续向空间碎片目标飞行；直至子飞行器飞行至距离空间碎片目标s2处；
步骤四、子飞行器从距离空间碎片目标s2处自主飞行至距离空间碎片目标s3处；子飞行器打开光学相机，将光学相机对准空间碎片目标；子飞行器环绕空间碎片目标飞行；寻找子飞行器的锚点位置；
步骤五、子飞行器继续靠近空间碎片目标至s4处；子飞行器保持对锚点位置垂直指向跟随；
步骤六、子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着；
步骤七、子飞行器推动空间碎片目标离开空间碎片目标原有运行轨道。
2.根据权利要求1所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤一中，母飞行器上搭载n个子飞行器；n为正整数，且n≥10。
3.根据权利要求2所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤二中，所述s1为100km。
4.根据权利要求3所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤三中，所述s2为10km。
5.根据权利要求4所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤四中，所述s3为400-1000m。
6.根据权利要求5所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤四中，子飞行器环绕空间碎片目标飞行时，按2个环形路径绕空间碎片目标飞行，2个环形路径呈正交分布；且子飞行器沿每个环形路径飞行时，飞行圈数不少于2圈。
7.根据权利要求6所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤四中，锚点位置为直径大于等于200mm的圆形平面。
8.根据权利要求7所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤五中，s4为1m。
9.根据权利要求8所述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，其特征在于：所述的步骤六中，子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着时，子飞行器撞击时的速度为0.25-0.5m/s。
CN201910330627.6A 2019-04-23 2019-04-23 一种基于母子协同的空间碎片捕获方法 Expired - Fee Related CN110077624B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910330627.6A CN110077624B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种基于母子协同的空间碎片捕获方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910330627.6A CN110077624B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种基于母子协同的空间碎片捕获方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110077624A true CN110077624A (zh) 2019-08-02
CN110077624B CN110077624B (zh) 2020-08-14

Family

ID=67416324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910330627.6A Expired - Fee Related CN110077624B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种基于母子协同的空间碎片捕获方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110077624B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110481815A (zh) * 2019-08-21 2019-11-22 中国科学院力学研究所 一种传递式对转地磁蓄能-释放投送系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2860115A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-15 Thales Alenia Space Deutschland GmbH Method for modifying a position of uncontrolled objects in space and spacecraft for realizing the method
US20160023783A1 (en) * 2012-10-12 2016-01-28 The Aerospace Corporation System, apparatus, and method for active debris removal
CN106809405A (zh) * 2017-01-09 2017-06-09 西北工业大学 一种子母星空间碎片清除平台及清除方法
CN107719708A (zh) * 2017-09-27 2018-02-23 西北工业大学深圳研究院 一种空间碎片的捕获及清除装置及其方法
JP2019031262A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 光俊 秋谷 スペースデプリ除去システム
CN109625346A (zh) * 2019-01-21 2019-04-16 北京卫星环境工程研究所 激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160023783A1 (en) * 2012-10-12 2016-01-28 The Aerospace Corporation System, apparatus, and method for active debris removal
EP2860115A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-15 Thales Alenia Space Deutschland GmbH Method for modifying a position of uncontrolled objects in space and spacecraft for realizing the method
CN106809405A (zh) * 2017-01-09 2017-06-09 西北工业大学 一种子母星空间碎片清除平台及清除方法
JP2019031262A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 光俊 秋谷 スペースデプリ除去システム
CN107719708A (zh) * 2017-09-27 2018-02-23 西北工业大学深圳研究院 一种空间碎片的捕获及清除装置及其方法
CN109625346A (zh) * 2019-01-21 2019-04-16 北京卫星环境工程研究所 激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘华伟等: "空间碎片移除的关键技术分析与建议", 《航天器工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110481815A (zh) * 2019-08-21 2019-11-22 中国科学院力学研究所 一种传递式对转地磁蓄能-释放投送系统及方法
CN110481815B (zh) * 2019-08-21 2020-12-15 中国科学院力学研究所 一种传递式对转地磁蓄能-释放投送系统及方法
US11482362B2 (en) 2019-08-21 2022-10-25 Institute Of Mechanics, Chinese Academy Of Sciences Transfer type contra-rotating geomagnetic energy storage-release delivery system and method

Also Published As

Publication number Publication date
CN110077624B (zh) 2020-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7118179B2 (ja) 衛星コンステレーション形成システム、衛星コンステレーション形成方法、地上設備
CN106850051B (zh) 一种基于微小卫星的空间碎片清理系统及方法
CN110450990B (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
JP2023103461A (ja) 衝突回避方法および地上設備
JPH11157497A (ja) 宇宙機、及びその宇宙機を用いた軌道上サービスシステム
Kaplan et al. Engineering issues for all major modes of in situ space debris capture
Cassell et al. ADEPT sounding rocket one flight test overview
CN102085919A (zh) 碰撞触发式非合作目标对接捕获机构
JP2017141003A (ja) 衛星自律制御装置、人工衛星、衛星管理システム、衛星自律制御方法及び衛星自律制御プログラム
RU2531679C2 (ru) Способ очистки орбит от космического мусора
WO2013100808A1 (ru) Интегрированный комплекс бортoboгo оборудования многофункционального самолета
CN110077624A (zh) 一种基于母子协同的空间碎片捕获方法
CN110450989A (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
JP2024029042A (ja) 宇宙状況監視事業装置、および宇宙交通管理システム
JP7503195B2 (ja) 飛翔体対処システム、および、傾斜軌道衛星システム
Inatani et al. SS-520 Nano satellite launcher and its flight result
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
JP2024502631A (ja) マルチオブジェクトスペースデブリ除去のための方法及びシステム
CN116093871A (zh) 一种无人机除冰系统及控制方法
JP7106006B2 (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
CN106774268B (zh) 一种空间飞行器故障处理方法
RU2666014C1 (ru) Способ поддержания состава орбитальной группировки автоматических космических аппаратов
JP7395023B2 (ja) 衛星コンステレーション、飛翔体監視システム、傾斜軌道衛星システム、傾斜軌道衛星およびハイブリッドコンステレーション
CN113002806A (zh) 一种面向空间非合作目标在轨操控的服务卫星结构
RU2573015C2 (ru) Многомодульный космический аппарат для очистки геостационарной орбиты и способ очистки геостационарной орбиты

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200814

Termination date: 20210423