自由基座空间合作任务运动再现实验系统技术方案

自由基座空间合作任务运动再现实验系统，属于航天任务地面验证领域。本发明专利技术针对现有的空间合作任务地面验证系统不能模拟航天器轨道运动这一不足，利用自由基座模拟航天器的轨道运动，在自由基座上安装任务执行机构，用于完成合作任务。本发明专利技术能在地面运动再现空间合作任务从远距离导引、机动变轨、目标逼近到最终任务执行的完整过程，验证变轨控制方案与任务控制方案的可行性。

Experimental system for motion reproduction of free base space cooperative task

The free base space cooperative task movement reappearance experiment system belongs to the field of spaceflight mission ground verification. The present invention of the space cooperation task ground verification system can not simulate the lack of orbit spacecraft, orbit spacecraft simulation using the free base, the task execution mechanism is installed on the free base, to complete the task. The invention can reproduce the task space cooperation in the ground motion from long distance navigation, orbit maneuver, target approach to complete the process of final task execution, validate the feasibility of orbit control scheme and task control scheme.

【技术实现步骤摘要】
自由基座空间合作任务运动再现实验系统所属
本专利技术属于航天任务地面验证领域，具体涉及一种可用于地面验证空间合作任务变轨控制方案与任务控制方案可行性的实验系统。
技术介绍
空间合作任务涉及多个航天器协调完成特定的工作任务，包括交会对接、在轨燃料传输、在轨模块更换、在轨组装等在内的各类在轨服务，空间站的补给、修复等都属于空间合作任务的范畴。近年来，空间合作任务的研究得到了迅速的发展和广泛的应用，已成为世界航天业的发展热点。1997年11月发射的日本工程实验卫星-7计划(ETS-VII)，通过利用安装在追踪星上的机械臂对目标星实施了在轨模块跟换、燃料补给、桁架组装与天线调配等任务。2004年，日本国家信息和通信技术研究中心(NICT)提出了轨道维护系统(OMS)，用于卫星在轨监测、维护、营救以及轨道碎片与废弃卫星的清理等任务。2007年3月8日，美国实施了“轨道快车”计划，发射的ASTRO航天器和NEXTSat航天器成功实现了自主交会与接近、在轨燃料传输、电源和姿态计算机在轨更换等一系列在轨服务。在欧洲，针对空间合作任务，提出了以自主交会对接动力学研究为目标的实验服务卫星计划(ESS)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：包含控制中心、第一合作目标与第二合作目标；其中第一合作目标与第二合作目标具有相同的单元组成，都包含定位相机、位姿相机、自由基座、任务执行机构、自由基座定位单元、轨道控制单元、相对位姿测量单元、任务控制单元、通信单元。

【技术特征摘要】
1.自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：包含控制中心、第一合作目标与第二合作目标；其中第一合作目标与第二合作目标具有相同的单元组成，都包含定位相机、位姿相机、自由基座、任务执行机构、自由基座定位单元、轨道控制单元、相对位姿测量单元、任务控制单元、通信单元。2.根据权利要求1所述的自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：定位相机垂直指向天花板，观测天花板上的定位特征点，将图像信息传递给自由基座定位单元；位姿相机观测安装在第二合作目标任务执行机构上的视觉靶面，将图像信息发送给相对位姿测量单元。3.根据权利要求1所述的自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：轨道控制单元基于变轨控制方案与航天器的轨道动力学模型，计算航天器的当前位置与速度，通过比例等效变换，得到自由基座模拟航天器轨道运动所需的期望位置与速度，进而根据自由基座的位置与方位角信息，计算自由基座的速度指令，自由基座通过响应轨道控制单元的速度指令，变轨变速模拟航天器轨道运动。4.根据权利要求1或3所述的自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：自由基座采用轮式差分驱动方式，通过改变驱动轮的速度来改变自由基座的位置、方位角与速度；自由基座上安装有光电编码盘，记录自由基座的位移量；自由基座作为载体，在其上安装定位相机、位姿相机与任务执行机构；自由基座通过响应轨道控制单元的速度指令，变轨变速模拟航天器轨道运动；自由基座定位单元通过卡尔曼滤波算法融合定位相机观测到的天花板视觉特征点信息与自由基座的位移量信息，确定自由基座的位置与方位角。5.根据权利要求1所述的自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：任务控制单元基于相对位置测量单元提供的相对位姿信息、控制中心发送到协调指令以及任务控制方案，产生任务执行机构指令，控制任务执行机构完成空间合作任务；任务执行机构响应任务控制单元发送的指令，完成特定的合作任务，任务执行机构为可替换单元，根据不同的合作任务内容可安装不同的执行机构，如完成抓取任务，可以安装机械臂作为任务执行机构；完成对接任务，可以安装对接机构作为任务执行机构。6.根据权利要求1所述的自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：相对位姿测量单元利用图像分割算法提取位姿相机图像中的视觉特征点，基于特征点信息解算第二合作目标任务执行机构的相对位置与姿态。7.根据权利要求1所述的自由基座空间合作任务运动再现实验系统，其特征在于：任务控制单元基于相对位姿信息、协调指令以及任务控制方案产生任务执行机构指令，并发送给任务执行机构；通信单元与控制中心进行信息交互，发送和接收自由基座的位置与方位角信息以及协调指令。8.根据权利要求1所述的自由基座空间合作任...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾英民，郑文昊，贾娇，孙施浩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11