The invention discloses a space non-cooperative target acquisition method based on tentative touching and revolving. The process includes: estimating the maximum linear velocity of the target at the contact point VT and the maximum moving velocity VA of the manipulator at the predicted contact point, comparing VT and va, when VA > vt, then controlling the contact between the manipulator and the target; then controlling the manipulator to revolve against the target; and then measuring the articulation of the manipulator and the service star. Rotational speed is used to determine whether the joint of the manipulator and the rotational speed of the service star exceed the safety threshold; if so, the release of the manipulator is controlled to control the attitude of the service satellite and the relative position with the target; then the angular velocity of the target is observed; then the impulse generated during the collision and the rotational inertia of the target are calculated; and then the angular momentum of the target is calculated, and it is judged that the angular momentum of the target conforms to the The service satellite catches the target and achieves the final acquisition if it meets the requirements.
【技术实现步骤摘要】
一种基于尝试性碰触和消旋的空间非合作目标捕获方法
本专利技术涉及航天领域的空间在轨服务技术,特别涉及一种针对高速翻滚卫星的捕获方法,具体为一种基于尝试性碰触和消旋的空间非合作目标捕获方法。
技术介绍
随着人类对太空资源的开发规模越来越大,太空中的故障卫星的数目也越来越多。目前,对空间非合作的故障卫星进行在轨捕获、回收和维修的技术得到了各国研究人员的重视。由于空间中空气阻力的影响十分微弱,因此故障卫星在初始控制力和空间环境力的作用下往往陷入自旋状态,这使得对其进行捕获的过程更加困难。当前广泛采用的针对非合作目标的捕获方法是使用单个或多个机械臂对目标进行接近和抓捕,其优点是可以在捕获后迅速使目标稳定下来,从而对其进行下一步的操作。但是,当目标的转动惯量过大或自旋的角速度过大时,抓捕过程中会面临两方面的危险:其一是抓捕时的碰撞力过大,容易对机械臂或目标造成严重的损坏;其二是目标的角动量超出服务卫星的掌控范围,使得服务卫星也陷入失控旋转的状态。为了避免以上危险情况发生,需要提高服务卫星基座和机械臂的控制力,这就会显著增加在轨服务的成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是使用控制功率较小的服务卫星和机械臂对高速旋转且质量较大的空间非合作空间目标进行捕获。本专利技术提供一种基于尝试性碰触和消旋的空间非合作目标捕获方法,由于空间目标相对服务卫星质量较大,因此本专利技术所述的方法需要使机械臂末端多次与空间目标进行尝试性的接触,在多次接触过程中逐渐降低空间目标的自旋速度并辨识出空间目标的转动惯量的大小,实现点刹式的消旋,从而最终实现安全抓捕。为了实现上述目的,本专利技 ...
【技术保护点】
1.一种基于尝试性碰触和消旋的空间非合作目标捕获方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1)服务卫星第一次与空间目标接触前预估接触点的位置,然后计算服务卫星机械臂末端在预估的接触点处所能达到的最大移动速度,然后比较空间目标在预估的接触点处的最大线速度vt与机械臂在预估的接触点处的最大移动速度va;若va≥vt,则进行步骤2);若va<vt,则调整服务卫星与空间目标的相对位置,若通过调整位置仍无法使机械臂在预估的接触点处的最大移动速度大于空间目标在预估的接触点处的最大线速度,则放弃抓捕任务;步骤2)控制机械臂沿平行于服务卫星质心与空间目标质心连线的方向向预估的接触点移动,直至机械臂与空间目标接触;在机械臂与空间目标接触接触后,机械臂沿碰撞力的反方向施加控制力,使空间目标旋转降低;当机械臂的任意关节角度或者服务卫星自转角速度超过安全区域时,则控制机械臂以最大速度沿着碰撞力的方向移动,解除与空间目标的接触状态;步骤3)在服务卫星的机械臂与空间目标脱离接触状态后,服务卫星将自身的姿态稳定下来,同时重新接近空间目标并与之保持相对位置的稳定;服务卫星在自身姿态稳定的过程中计算碰撞过程中产生的冲量大小Δ ...
【技术特征摘要】
1.一种基于尝试性碰触和消旋的空间非合作目标捕获方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1)服务卫星第一次与空间目标接触前预估接触点的位置,然后计算服务卫星机械臂末端在预估的接触点处所能达到的最大移动速度,然后比较空间目标在预估的接触点处的最大线速度vt与机械臂在预估的接触点处的最大移动速度va;若va≥vt,则进行步骤2);若va<vt,则调整服务卫星与空间目标的相对位置,若通过调整位置仍无法使机械臂在预估的接触点处的最大移动速度大于空间目标在预估的接触点处的最大线速度,则放弃抓捕任务;步骤2)控制机械臂沿平行于服务卫星质心与空间目标质心连线的方向向预估的接触点移动,直至机械臂与空间目标接触;在机械臂与空间目标接触接触后,机械臂沿碰撞力的反方向施加控制力,使空间目标旋转降低;当机械臂的任意关节角度或者服务卫星自转角速度超过安全区域时,则控制机械臂以最大速度沿着碰撞力的方向移动,解除与空间目标的接触状态;步骤3)在服务卫星的机械臂与空间目标脱离接触状态后,服务卫星将自身的姿态稳定下来,同时重新接近空间目标并与之保持相对位置的稳定;服务卫星在自身姿态稳定的过程中计算碰撞过程中产生的冲量大小ΔW,得到空间目标角动量改变的大小ΔLt;然后再得到空间目标的旋转速度在碰撞前后的改变量Δωt,建立对空间目标转动惯量I的观测模型;通过多次碰撞,确定转动惯量估测值;步骤4)利用碰撞后的转动惯量的估计值和角速度计算空间目标碰撞后的角动量大小Lt;步骤5)若空间目标的角动量小于服务卫星的最大捕获能力,则服务卫星下次与空间目标接触过程不再解除接触状态,实现最终捕获;若空间目标的角动量大于等于服务卫星的最大捕获能力,则重复步骤2)至步骤4),直至空间目标的角动量小于服务卫星的最大捕获能力,服务卫星将空间目标捕获。2.根据权利要求1所述的一种基于尝试性碰触和消旋的空间非合作目标捕获方法,其特征在于,步骤1)中,预估的接触点位置位于空间目标前缘点与外缘点之间的中点处,其中前缘点指服务卫星质心与空间目标质心的连线与空间目标前缘的交点,外缘点指空间目标前缘线与迎着服务星旋转一侧的外缘线的交点。3.根据权利要求1所述的一种基于尝试性碰触和消...
【专利技术属性】
技术研发人员:袁建平,马川,马卫华,孙冲,崔尧,车德佳,赵迪,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。