CN112572837A - 一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，属于飞行器网捕废弃卫星技术领域；步骤一、获取废弃卫星的历史姿态运动特性参数，包括姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin；步骤二、设置姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0；步骤三、根据姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin，以及姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0确定废弃卫星的网捕方位；本发明根据废弃卫星姿态运动特性参数、姿态稳定角速度阈值以及网捕载荷适应角度阈值，设计了废弃卫星不同姿态运动特性下的网捕方位，实现了废弃卫星姿态运动特性的全覆盖。

Description

一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法
技术领域
本发明属于飞行器网捕废弃卫星技术领域，涉及一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法。
背景技术
飞行器利用网捕载荷捕获高轨废弃卫星并将其拖曳至坟墓轨道是一种安全有效的轨道环境清理方式。废弃卫星在轨姿态一般会绕其最大惯量轴自旋并伴随不同程度的姿态章动，其运动特性可用姿态角速度和章动角描述，并章动角是周期性变化的，存在最大章动角和最小章动角。
由网捕载荷特性可知当网捕方向与废弃卫星太阳帆板垂直时，网捕成功率最高。而废弃卫星的太阳帆板随其本体在空间是不断变化的，故为了提高对废弃卫星的网捕成功率，需要根据废弃卫星的姿态运动特性设计合适的网捕方位。
目前没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内类似的资料。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，根据废弃卫星姿态运动特性参数、姿态稳定角速度阈值以及网捕载荷适应角度阈值，设计了废弃卫星不同姿态运动特性下的网捕方位，实现了废弃卫星姿态运动特性的全覆盖。
本发明解决技术的方案是：
一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，包括如下步骤：
步骤一、获取废弃卫星的历史姿态运动特性参数，包括姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin；
步骤二、设置姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0；
步骤三、根据姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin，以及姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0确定废弃卫星的网捕方位。
在上述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，所述步骤二中，姿态稳定角速度阈值ω0根据常规卫星平台的姿态稳定度a确定，取ω0≤100a。
在上述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，所述步骤二中，网捕载荷适应角度阈值θ0的确定方法为：
sinθ0≤2×λ×V×T÷L
式中，L为废弃卫星太阳帆板伸展方向尺寸；
V为网捕载荷接触废弃卫星时前向速度；
T网捕载荷完成收拢网口的时间；
λ为取值安全系数，取值λ为0.4-0.6。
在上述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，L小于等于40m；V大于等于6m/s；T小于等于1.5s；θ0为10°-16°
在上述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，所述步骤三中，废弃卫星的网捕方位的确定方法为：
当ω≤ω0时，网捕方位为废弃卫星轨道系的X轴方向；
当ω＞ω0，且θmax≤θ0时，网捕方位为废弃卫星姿态运动的动量矩方向；
当ω＞ω0，且θmin≤θ0＜θmax时，网捕方位为废弃卫星姿态运动的动量矩方向；
否则，设定废弃卫星动量矩与轨道系X轴形成的平面为b，则网捕方位为废弃卫星自旋轴与平面b的交线方向。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明据废弃卫星姿态运动特性参数、姿态稳定角速度阈值以及网捕载荷适应角度阈值，设计了废弃卫星不同姿态运动特性下的网捕方位，实现了废弃卫星姿态运动特性的全覆盖；
(2)本发明解决了针对不同姿态运动特性的废弃卫星，网捕载荷发射方位的选择问题，为飞行器利用网捕载荷捕获移除空间废弃卫星提供了先决条件。
附图说明
图1为本发明网捕方位流程图；
图2为本发明自旋轴与平面b的交线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，据废弃卫星姿态运动特性参数、姿态稳定角速度阈值以及网捕载荷适应角度阈值，设计了废弃卫星不同姿态运动特性下的网捕方位，实现了废弃卫星姿态运动特性的全覆盖。提出的方法解决了针对不同姿态运动特性的废弃卫星，网捕载荷发射方位的选择问题，为飞行器利用网捕载荷捕获移除空间废弃卫星提供了先决条件。
一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一、获取废弃卫星的历史姿态运动特性参数，包括姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin；目前一般通过三维重建与运动特性识别方法获取废弃卫星的姿态运动特性参数，并废弃卫星的姿态运动特性可用姿态角速度和章动角描述，并章动角是周期性变化的，存在最大章动角和最小章动角。
步骤二、设置姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0；姿态稳定角速度阈值ω0根据常规卫星平台的姿态稳定度a确定，取ω0≤100a。目前高轨卫星平台的姿态稳定度一般不大于0.0005°/s，则角速度阈值ω0范围可取ω0≤0.05°/s。网捕载荷适应角度阈值θ0的确定方法为：
sinθ0≤2×λ×V×T÷L
式中，L为废弃卫星太阳帆板伸展方向尺寸；
V为网捕载荷接触废弃卫星时前向速度；
T网捕载荷完成收拢网口的时间；
λ为取值安全系数，取值λ为0.4-0.6。
目标大多数在轨废弃卫星太阳帆板伸展方向尺寸L不大于40m，网捕载荷接触废弃卫星时前向速度V一般不小于6m/s,网捕载荷完成收拢网口的时间T一般不大于1.5s，则角度阈值θ0范围可取10°～16°。
步骤三、根据姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin，以及姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0确定废弃卫星的网捕方位。废弃卫星的网捕方位的确定方法为：
当ω≤ω0时，网捕方位为废弃卫星轨道系的X轴方向；
当ω＞ω0，且θmax≤θ0时，网捕方位为废弃卫星姿态运动的动量矩方向；
当ω＞ω0，且θmin≤θ0＜θmax时，网捕方位为废弃卫星姿态运动的动量矩方向；
否则，设定废弃卫星动量矩与轨道系X轴形成的平面为b，则网捕方位为废弃卫星自旋轴与平面b的交线方向，如图2所示。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、获取废弃卫星的历史姿态运动特性参数，包括姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin；
步骤二、设置姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0；
步骤三、根据姿态角速度ω、最大章动角θmax和最小章动角θmin，以及姿态稳定角速度阈值ω0和网捕载荷适应角度阈值θ0确定废弃卫星的网捕方位。
2.根据权利要求1所述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，其特征在于：所述步骤二中，姿态稳定角速度阈值ω0根据常规卫星平台的姿态稳定度a确定，取ω0≤100a。
3.根据权利要求2所述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，其特征在于：所述步骤二中，网捕载荷适应角度阈值θ0的确定方法为：
sinθ0≤2×λ×V×T÷L
式中，L为废弃卫星太阳帆板伸展方向尺寸；
V为网捕载荷接触废弃卫星时前向速度；
T网捕载荷完成收拢网口的时间；
λ为取值安全系数，取值λ为0.4-0.6。
4.根据权利要求3所述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，其特征在于：L小于等于40m；V大于等于6m/s；T小于等于1.5s；θ0为10°-16°。
5.根据权利要求4所述的一种基于废弃卫星姿态运动特性的网捕方位设计方法，其特征在于：所述步骤三中，废弃卫星的网捕方位的确定方法为：
当ω≤ω0时，网捕方位为废弃卫星轨道系的X轴方向；
当ω＞ω0，且θmax≤θ0时，网捕方位为废弃卫星姿态运动的动量矩方向；
当ω＞ω0，且θmin≤θ0＜θmax时，网捕方位为废弃卫星姿态运动的动量矩方向；
否则，设定废弃卫星动量矩与轨道系X轴形成的平面为b，则网捕方位为废弃卫星自旋轴与平面b的交线方向。
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