[发明专利]基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统及捕获方法

说明书

本发明公开了基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统及捕获方法，捕获系统，包括母星、视星子群和工星子群；母星用于搭载、释放和回收视星子群和工星子群，并根据视星子群测量信息进行数据融合和计算，根据数据融合和计算结果指挥和调度工星子群实施逼近、贴附和接管空间非合作目标；工星用于通过星间通过轨道和姿态协同控制的方式实现贴附在空间非合作目标的可贴附表面；视星用于通过获取空间非合作目标的整体或局部图像、工星与空间非合作目标的相对位姿关系图及视星自身在空间中相对母星的位姿关系，并通过星间无线通信将所获取的信息发送给母星。该捕获系统可适用于多种不同的捕获任务。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统及捕获方法。

背景技术

当前，绕地球飞行的可跟踪人造物体共有1.9万多颗，而其中正常运行的航天器只有2千余颗，剩余的为故障航天器、航天器爆炸或破碎后形成的大块碎片，统称空间非合作目标。由于失去控制，空间非合作目标在轨道上处于姿态翻滚的状态，且其轨道随着空间复杂摄动力的作用随机变化。空间非合作目标一方面会挤占空间轨道资源，使得新发射的航天器没有合适的轨道选择；另一方面它也可能会碰撞正常航天器，从而给后者的运行带来潜在的安全隐患。因此，如何捕获空间非合作目标并将其转移至安全轨道或通过轨道控制将其重新返回大气层销毁成为当前航天领域的一大难题。

为了能够捕获空间非合作目标，工程师们已经提出了多种捕获方法，包括空间飞网、空间鱼叉、空间机械臂等。但这些方法存在诸多缺点，使得其在轨实际应用带来了困难。例如，空间飞网在捕获目标时容易因绳网结构的非线性、扭结和缠绕现象而导致飞网展开失败；空间鱼叉在捕获目标时容易因鱼叉击碎目标而产生更多的空间非合作目标；空间机械臂在捕获目标时容易因机械臂扭矩不足导致目标和本体发生碰撞从而任务失败。此外，空间飞网和空间鱼叉等方案还只能一次性使用，这导致其捕获空间非合作目标的成本较高。因此，研制一种分布式的、简单易操作的、可重复使用的、低成本的空间非合作目标捕获方法，具有潜在的应用价值。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于微纳卫星集群的新型分布式空间非合作目标捕获系统及捕获方法。该捕获系统可适用于多种不同的捕获任务。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统，包括母星、视星子群和工星子群；

所述母星，所述母星为航天器；用于搭载、释放和回收视星子群和工星子群，为视星子群和工星子群的燃料补充、电量补充，并根据视星子群测量信息进行数据融合和计算，根据数据融合和计算结果指挥和调度工星子群实施逼近、贴附和接管空间非合作目标；

所述工星子群包括两个以上具备轨道和姿态控制能力的工星，所述工星上安装有轨道控制模块、姿态控制模块及星间无线通信模块，工星用于通过星间无线通信接收母星的控制指令，并按照指令调整自身轨道和姿态，并通过轨道和姿态协同控制的方式实现贴附在空间非合作目标的可贴附表面；

所述视星子群包括两个以上具备视觉成像或测量能力的视星；所述视星上安装有视觉成像测量仪器或测量空间目标物理特性的仪器及星间无线通信模块，视星用于通过获取空间非合作目标的整体或局部图像、工星与空间非合作目标的相对位姿关系图及视星自身在空间中相对母星的位姿关系，并通过星间无线通信将所获取的信息发送给母星。

作文本发明进一步改进，所述母星的搭载功能是指在接到空间非合作目标捕获任务时，母星会将视星子群和工星子群的所有微纳卫星固定在自身平台上，并通过轨道控制机动到指定的空间非合作目标附近；

所述母星的释放功能是指在平台到达空间非合作目标附近后，母星通过分离机构将各个微纳卫星弹射出去，实现各个微纳卫星在空间的自由漂浮；

所述母星的回收功能是指在完成空间非合作目标的捕获任务后，母星通过引导各微纳卫星重新回到平台上，为搭载微纳卫星实现后续空间非合作目标捕获做准备；