[发明专利]一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法

说明书

本发明涉及一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法，利用拖曳飞行器的轨道控制力同时控制拖曳飞行器的轨道和抑制系绳摆动，避免系绳快速释放问题，且不利用系绳控制力，避免了和目标星姿态稳定控制的需求冲突，具有很好的实用性。本发明与国内外同类技术对比，有如下积极效果：避免了在目标星一端加入推力器，并利用其推力器抑制系绳摆动，降低了系统的复杂性。避免了快速收放系绳的需求，降低了对系绳收放装置的需求，且避免了空间系绳的快速释放难题。避免了与利用系绳张力稳定目标星姿态的系绳张力冲突，降低了控制器的设计难度。

技术领域

本发明属于绳系航天器机动变轨领域，涉及一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法，具体涉及一种在基于系绳拖曳变轨过程中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法。

背景技术

随着航天事业的快速发展，大量的空间碎片、废弃卫星充斥轨道，轨道资源越发紧张，且已经开始影响空间卫星、空间站等空间设施的安全，废弃卫星等轨道垃圾的移除任务迫在眉睫。而废弃卫星的非合作与失稳特征导致机械臂式空间机器人进行捕获和辅助移除十分困难。利用空间绳系机器人对目标实施拖曳变轨是轨道垃圾主动移除的一种新型方式，并因其高灵活性和高安全性而备受关注。

在拖曳变轨过程中，变轨动力仅由拖曳飞行器提供。在完成拖曳轨道及变轨推力设计后，主要的难题是保持拖曳飞行器、系绳、目标星组成的组合体系统的姿态稳定。这包括三方面内容：1、拖曳飞行器姿态保持；2、目标星姿态保持；3、系绳姿态保持。由于拖曳飞行器具有完备的姿态测量与控制系统，其姿态保持可由自身实现；目标星由于是失稳的废弃卫星等轨道垃圾，无姿态控制系统，能用于稳定姿态的控制量仅为空间绳系机器人抓捕器上的推力矩和系绳张力矩，由于抓捕器推力大小与推进剂总量严重受限，利用系绳张力矩辅助是一种很好的手段。公开号为201610323425.5的专利“利用系绳推力器的空间非合作目标姿态联合接管控制方法”和2013年发表于《中国科学：物理学力学天文学》第4期的“带刚性臂的空间绳系机构偏置控制”分别给出了利用系绳张力辅助控制目标星姿态的新方法；在系绳姿态保持方面，发表于2013年8月《Nonlinear Dynamics》的文章“Stabilityand control of tethered satellite with chemical propulsion in orbital plane”和发表于2016年10月《Advances in Space Research》的文章“A space tethered towingmethod using tension and platform thrusts”分别给出了两种利用系绳控制力同时控制系绳长度和稳定系绳摆动的方法，但是上述两种方法均假设系绳可按照需要收放，但是，由于系绳的半弹性特性，系绳无法像杆一样提供向外的推力，这导致系绳在很多情况下可能无法快速释放。另外，上述两种利用系绳控制力收放系绳进而稳定系绳摆动的方法和目标星姿态稳定需求可能相冲突。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法。

技术方案

一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立系绳拖曳变轨动力学模型