CN111785096B - 一种航天器安全防护方法、设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种航天器安全防护方法、设备和计算机可读存储介质。所述方法包括若地面站判定飞行物类别为非合作飞行器，则向伴星发送驱离指令；所述伴星根据所述驱离指令，向航天器发送告警信息同时对所述飞行物进行驱离。以此方式，可以对高价值空间航天器进行安全防护，发现并消除危险，提高了航天器在轨运行的安全性。

Description

一种航天器安全防护方法、设备和计算机可读存储介质

技术领域

本公开的实施例一般涉及航空技术领域，并且更具体地，涉及一种航天器安全防护方法、设备和计算机可读存储介质。

背景技术

随着航天技术发展，各国在轨航天器数量不断增多，日益频繁的空间活动增加了空间环境的复杂性和不确定性，加之空间陨石、垃圾、碎片和废弃航天器的增多，对航天器的安全运行提出了更大的挑战。为确保高价值航天器长期安全、有效运行，需要考虑其在轨安全防护问题。

当前，现有的空间通信、导航、遥感等大中型航天器大多未配备必要的安全防护手段和措施，无法有效应对空间碎片、非合作航天器等不明的空间危险源。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，在本公开的第一方面，提供了一种航天器安全防护方法。该方法包括：

若地面站判定飞行物类别为非合作飞行器，则向伴星发送驱离指令；

所述伴星根据所述驱离指令，向航天器发送告警信息同时对所述飞行物进行驱离。

进一步地，在所述若地面站判定飞行物类别为非合作飞行器，则向伴星发送驱离指令之前还包括：

所述地面站获取搜索区域内的飞行物信息；

所述地面站将所述飞行物信息基于空间碎片编目数据库进行比对，确定所述飞行物的类别；其中，所述飞行物的类别包括合作飞信器和非合作飞信器。

进一步地，所述对所述飞行物进行驱离包括：

所述伴星移动到所述航天器与所述飞行物的连线上，对所述飞行物进行驱离。

进一步地，在所述对所述飞行物进行驱离之后还包括：

将对所述飞行物是否进行成功驱离的结果信息发送至所述地面站；其中，所述结果信息包括驱离成功结果信息和驱离失败结果信息；

若所述地面站接收到的结果信息为所述驱离失败结果信息，则向所述航天器发送调整航线指令；

所述航天器根据所述调整航线指令进行航线调整，同时将调整后的航线信息发送至所述地面站。

进一步地，所述将对所述飞行物是否进行成功驱离的结果信息发送至所述地面站包括：

若成功驱离了所述飞行物，则向所述地面站发送所述驱离成功结果信息；

若未驱离所述飞行物，则向所述地面站发送所述驱离失败结果信息，同时对所述飞行物进行持续监测，并将监测数据一同发送至所述地面站。

进一步地，所述若所述地面站接收到的结果信息为所述驱离失败结果信息，则向所述航天器发送调整航线指令包括：

对所述监测数据进行分析，根据分析结果向所述航天器发送调整轨道指令。

进一步地，所述对所述监测数据进行分析，根据分析结果向所述航天器发送调整轨道指令包括：

通过预设算法对所述监测数据进行测算；

根据测算结果对所述飞行物进行姿态跟踪，确定所述飞行物的运动轨迹；

根据所述运动轨迹向所述航天器发送航线调整指令，使所述航天器避开所述飞行物。

进一步地，还包括：

所述航天器响应于所述告警信息，调整姿态和/或进行载荷关闭。

在本公开的第二方面，提出了一种设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如根据本公开的上述方法。

在本公开的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本公开的上述方法。

本申请实施例提供的一种航天器安全防护方法，由伴星对探索区域内的飞行物进行探测，当发现不明目标且其不断靠近时，在所述飞行物与航天器连线上调整姿态，对目标进行干扰驱离，弥补了航天器防护能力不足的缺点，提高了空间资产运行的安全性。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是根据本申请一个实施例的航天器安全防护方法的流程图；

图2是根据本申请一个实施例的对飞行物进行驱离的示意图；

图3是用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

如图1所示，是本申请实施例一种航天器安全防护方法的流程图100。从图1中可以看出，本实施例的航天器安全防护方法，包括以下步骤：

S110，地面站获取搜索区域内的飞行物信息。

优选地，由伴星获取搜索区域内的飞行物信息，将所述信息发送至地面站。

需要说明的是，在一些特殊情况下也可由航天器或地面站获取搜索区域内的飞行物信息。例如，在航天器上装备有探测装置的情况下，可由所述航天器探索区域内的飞行物信息。

可选地，通过所述伴星上装配的数据传输装置将所述飞行物信息发送至所述地面站。也可以通过所述航天器进行中继将所述飞行物信息发送至所述地面站。即，通过所述伴星上装配的数据传输装置将所述飞行物信息发送至所述航天器，所述航天器通过自身配备的传输装置将所述飞行物信息发送至所述地面站。

如通过所述航天器进行中继将所述飞行物信息发送至所述地面站，则所述伴星上可不配置大型数据传输装置(伴星与航天器传输距离短)。即，可进一步地节约成本。

可选地，所述伴星是在航天器运行轨道附近布置的一颗成本较低的小型航天器。

进一步地，所述伴星被发射入轨后与所述航天器建立自然绕飞或伴飞轨道关系。

可选地，所述伴星装配有大视场光学相机、小型照射类装置、数据传输装置、距离传感器和/或速度传感器等设备。上述设备可根据具体的航行任务进行配备。

优选地，所述伴星通过所述大视场光学相机(或类似装置)对航天器附近区域进行搜索，获取所述区域内的飞行物信息。所述航天器附近区域(探索区域)可根据所述航天器类型、大小和/或速度等多方面因素进行设定。

S120，所述地面站将所述飞行物信息基于空间碎片编目数据库进行比对，确定所述飞行物的类别；其中，所述飞行物的类别包括合作飞信器和非合作飞信器。

其中，所述空间碎片编目数据库是预先设定的存有各种飞行物类别的数据库。

可选地，所述合作飞行器是具有自主进行信息交换能力的飞行器，即，行为可预知或可控的飞行器。

S130，若地面站判定飞行物类别为非合作飞行器，则向伴星发送驱离指令。

其中，所述非合作飞行器可以是空间垃圾、碎片等不能协同完成特定任务的物体，即，不能进行姿态控制，在空间内自由运动的物体；也可以是非合作方意图不明的空间航天器。

可选地，所述地面站由空间态势感知系统和运行控制系统组成。

所述空间态势感知系统用于判断所述飞行物的类别；

所述运行控制系统用于控制所述航天器和伴星。即，对所述航天器和伴星进行指挥，进行姿态控制、驱离干扰等一系列操作。

若所述空间态势感知系统判定飞行物类别为非合作飞行器，且所述非合作飞行器与所述航天器的距离不断拉近，则通过所述运行控制系统向所述伴星发送驱离指令。

可选地，所述驱离指令可以直接通过所述运行控制系统向所述伴星进行发送，也可以通过航天器进行中继，由所述航天器向所述伴星发送。

S140，所述伴星根据所述驱离指令，向航天器发送告警信息同时对所述飞行物进行驱离。

其中，所述告警信息包括所述飞行物的图像、距离和/或速度等数据信息。

所述航天器响应于所述告警信息，进行自我防护。

可选地，自我防护包括进行姿态调整和/或进行载荷关闭。

优选地，如图2所示，所述伴星通过根据所述驱离指令，调整姿态移动到所述航天器与所述飞行物的连线上，对所述飞行物进行驱离。

可选地，所述驱离指令包括对所述飞行物进行二次确认指令。

具体地，当所述伴星移动到所述航天器与所述飞行物的连线上时(与飞行物距离更近)，会对所述飞行物进行二次确认，通过二次确认可以更好的对所述飞行物的类别进行确定，更加明确所述飞行物为非合作飞行器中的哪一种，例如判别所述飞行物是空间垃圾这种不能进行姿态调整的物体还是非合作方意图不明的空间航天器，为后续的干扰驱离提供基础。即，通过所述伴星上配置的大视场光学相机对所述飞行物进行拍摄，并将拍摄的图像发送至所述航天器再由所述航天器进行中继发送至所述空间态势感知系统。可选地，所述图像也可由所述伴星直接发送至所述空间态势感知系统。

所述空间态势感知系统接收到所述图像后，对所述图像进行进一步地分析，并将分析结果发送至所述伴星。所述分析方法可参考步骤S113，在此不再赘述。

可选地，若分析结果判定所述飞行物为空间垃圾这种不能进行姿态调整的物体，则向所述伴星发送碰撞指令(也可由所述航天器中继发送)，所述伴星根据所述碰撞指令调整姿态对所述飞行物进行碰撞，以使所述飞行物偏离所述航天器的航线；

若分析结果判定为非合作方意图不明的空间航天器，则向所述伴星发送探照干扰指令(也可由所述航天器中继发送)，所述伴星通过装配的小型照射类装置对所述飞行物进行指向探照，即，通过探照的方式进行干扰驱离，以使所述飞行物偏离所述航天器的航线。具体地，所述伴星接收到所述探照干扰指令后，调整姿态指向所述飞行物，通过装配的小型照射装置对其进行照射干扰，迫使所述飞行物偏离所述航天器的航线。

S150，将对所述飞行物是否进行成功驱离的结果信息发送至所述地面站；其中，所述结果信息包括驱离成功结果信息和驱离失败结果信息。

若成功驱离了所述飞行物，即，所述飞行物与所述航天器不会进行碰撞(不会对所述航天器进行干扰)，则向所述地面站发送所述驱离成功结果信息，同时返回初始轨道继续执行防护任务；

若未驱离所述飞行物，即，所飞行物与所述航天器会进行碰撞(干扰)，则向所述地面站发送所述驱离失败结果信息，同时对所述飞行物进行持续监测，并将监测数据一同发送至所述地面站。

可选地，所述监测数据包括所述飞行物的图像、速度和/或距离等。

可选地，所述伴星是通过碰撞方式对所述飞行物进行驱离，若所述伴星被摧毁(不具备传输功能)，则不发送所述结果信息(默认成功驱离，由所述航天器发送结果信息，可根据具体情况进行调整)；若所述伴星未摧毁(具备探测和传输功能)，则发送所述结果信息。

可选地，上述结果信息均可由所述伴星发送至所述航天器再由航天器进行中继发送至所述地面站(运行控制系统)，也可由所述伴星直接发送至所述地面站。

S160，若所述地面站接收到的结果信息为所述驱离失败结果信息，则向所述航天器发送调整航线指令。

所述地面站(运动控制系统)在接收到所述驱离失败结果信息的同时，会接收到所述监测数据。

对所述监测数据进行分析，根据分析结果向所述航天器发送调整轨道指令。

优选地，所述对所述监测数据进行分析包括：

通过预设算法对所述监测数据进行测算，根据测算结果对所述飞行物进行姿态跟踪，确定所述飞行物的运动轨迹，即，确定所述飞行物与所述航天器的碰撞时间与轨迹等信息；

根据所述运动轨迹向所述航天器发送航线调整指令，使所述航天器避开所述飞行物。

其中，所述预设算法包括以下算法的一种或多种：

C-W方程(相对运动轨道动力模型)、轨道六根数法、最优控制法、自适应控制法、鲁棒控制法、滑模变结构控制法和混合控制算法等，在此不再一一列举。例如通过C-W方程对所述监测数据进行测算。

S170,所述航天器根据所述调整航线指令进行航线调整，同时将调整后的航线信息发送至所述地面站。

本实施例的航天器安全防护方法，通过伴星对探索区域内的飞行物进行探测，当发现不明飞行物且其不断靠近时，在所述飞行物与所述航天器连线上调整姿态，对目标进行干扰驱离(探照、碰撞)，可为无防护能力的大中型高价值空间飞行器提供一种经济、高效、可行的防护手段，弥补了航天器防护能力的不足，提高了空间资产运行的安全性。

本申请实施例还提出了一种设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述实施例所述的方法。

此外，本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例所述的方法。

下面参考图3，其示出了适于用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。图3示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，计算机系统包括中央处理单元(CPU)301，其可以基于存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

以下部件连接至I/O接口305：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也基于需要连接至I/O接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，基于需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序基于需要被安装入存储部分308。

特别地，基于本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)301执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段、或代码的一部分，所述单元、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括信息测量单元、行驶轨迹确定单元、映射关系确定单元和驾驶策略生成单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，信息测量单元还可以被描述为“测量本车的状态信息以及周围场景信息的单元”。

作为另一方面，本申请还提供了一种非易失性计算机存储介质，该非易失性计算机存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的非易失性计算机存储介质；也可以是单独存在，未装配入终端中的非易失性计算机存储介质。上述非易失性计算机存储介质存储有一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被一个设备执行时，使得所述设备：向伴星发送驱离指令；向航天器发送告警信息同时对所述飞行物进行驱离。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种航天器安全防护方法，其特征在于，包括：

若地面站判定飞行物类别为非合作飞行器，则向伴星发送驱离指令；

所述伴星根据所述驱离指令，向航天器发送告警信息同时对所述飞行物进行驱离；

所述伴星被发射入轨后与所述航天器建立自然绕飞或伴飞轨道关系；

在所述若地面站判定飞行物类别为非合作飞行器，则向伴星发送驱离指令之前还包括：

所述伴星获取搜索区域内的飞行物信息，将所述信息发送至地面站；

所述地面站将所述飞行物信息基于空间碎片编目数据库进行比对，确定所述飞行物的类别；其中，所述飞行物的类别包括合作飞行器和非合作飞行器；

所述对所述飞行物进行驱离包括：

所述伴星调整姿态移动到所述航天器与所述飞行物的连线上，对所述飞行物进行二次确认，并根据二次确认结果选择与飞行物适配的驱离方式对所述飞行物进行驱离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述飞行物进行驱离之后还包括：

将对所述飞行物是否进行成功驱离的结果信息发送至所述地面站；其中，所述结果信息包括驱离成功结果信息和驱离失败结果信息；

若所述地面站接收到的结果信息为所述驱离失败结果信息，则向所述航天器发送调整航线指令；

所述航天器根据所述调整航线指令进行航线调整，同时将调整后的航线信息发送至所述地面站。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将对所述飞行物是否进行成功驱离的结果信息发送至所述地面站包括：

若成功驱离了所述飞行物，则向所述地面站发送所述驱离成功结果信息；

若未驱离所述飞行物，则向所述地面站发送所述驱离失败结果信息，同时对所述飞行物进行持续监测，并将监测数据一同发送至所述地面站。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若所述地面站接收到的结果信息为所述驱离失败结果信息，则向所述航天器发送调整航线指令包括：

对所述监测数据进行分析，根据分析结果向所述航天器发送调整轨道指令。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述监测数据进行分析，根据分析结果向所述航天器发送调整轨道指令包括：

通过预设算法对所述监测数据进行测算；

根据测算结果对所述飞行物进行姿态跟踪，确定所述飞行物的运动轨迹；

根据所述运动轨迹向所述航天器发送航线调整指令，使所述航天器避开所述飞行物。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述航天器响应于所述告警信息，调整姿态和/或进行载荷关闭。

7.一种设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。

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