详情

原文传递一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统及方法

专利名称：	一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统及方法，包括主星和若干依次可分离连接的子星系统，位于连接末端的子星系统与主星可分离连接；主星上设置控制系统、通信雷达、遥测装置和若干姿控装置，通信雷达、遥测装置和若干姿控发动机均与控制系统连接；子星系统包括若干子星和抓捕绳网，若干子星与抓捕绳网边缘均匀连接。通过控制子星之间的相对运动以及抓捕绳网的张合实现待捕获空间碎片的抓捕；基于多个子星相对运动的灵活性，通过协同控制，采用抓捕绳网对待捕获空间碎片进行包裹，可适用于具有几何外形多样、几何尺寸不一的待捕获空间碎片，且不需要提前精确知晓待捕获空间碎片的信息，就能实现对待捕获空间碎片的抓捕。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北工业大学
发明人：	孙冲;袁源;宋金丰;车德加;陈建林;魏锦源
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910636221.0
公开号：	CN110435927A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	李红霖
分类号：	B64G1/10(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	710072陕西省西安市碑林区友谊西路127号
主权项：	1.一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，包括主星(1)和若干子星系统；若干子星系统依次可分离连接，位于连接末端的子星系统与主星(1)可分离连接；主星(1)上设置控制系统、通信雷达、遥测装置和若干姿控装置，通信雷达、遥测装置和若干姿控发动机均与控制系统连接；子星系统包括若干子星(2)和抓捕绳网，若干子星(2)与抓捕绳网边缘均匀连接；遥测装置用于测量主星(1)与待捕获空间碎片(8)的状态信息，并发送至控制系统和若干子星(2)；控制系统用于根据遥测装置发送的状态信息和/或通信雷达发送的子星状态信息生成子星控制指令并发送至通信雷达，生成姿控控制指令发送至姿控装置；通信雷达用于接收子星(2)发送的子星状态信息并发送至控制系统，接收控制系统发送的子星控制指令并发送至子星(2)；子星(2)用于发送子星状态信息至通信雷达，接收通信雷达发送的子星控制指令，并根据子星控制指令、子星状态信息和待捕获空间碎片(8)的状态信息生成子星姿控控制指令，根据子星姿控控制指令进行子星姿态机动；姿控装置用于根据姿控控制指令进行主星(1)的姿态机动；抓捕绳网用于在子星姿态机动的牵引下抓捕并收容待捕获空间碎片(8)。 2.根据权利要求1所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，所述每个子星(2)上均设置天线、子星姿控装置、子星测量装置和子星控制系统，天线和子星姿控装置均与子星控制系统连接，天线与通信雷达连接；天线用于接收子星姿控装置发送的子星状态信息并发送至通信雷达，接收通信雷达发送的子星控制指令并发送至子星控制系统；子星测量装置用于测量待捕获空间碎片(8)的运动信息，并发送至子星控制系统；子星控制系统用于根据子星控制指令、子星状态信息和待捕获空间碎片(8)的运动信息生成子星姿控控制指令并发送至子星姿控装置；子星姿控装置用于测量子星状态信息并发送至天线和子星控制系统，根据子星姿控控制指令进行子星(2)的姿态机动。 3.根据权利要求1所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，所述抓捕绳网包括上层网(4)、下层网(7)、牵引绳(5)和若干条电动系绳；上层网(4)和下层网(7)连接；上层网(4)上开设开口，开口边缘均布若干引导环和若干单向收线器(6)；牵引绳(5)位于引导环内部且与单向收线器(6)和上层网(4)连接；每条电动系绳一端均连接牵引绳(5)，另一端均连接子星(2)。 4.根据权利要求1所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，所述上层网(4)、下层网(7)、牵引绳(5)和引导环均采用凯夫拉材质，单向收线器(6)采用钛合金或PVC材质，电动系绳采用铝线。 5.根据权利要求1所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，所述主星(1)上还设置若干减震连接装置；减震连接装置包括榫接单元和若干弹簧减震单元；榫接单元和若干弹簧减震单元均与子星(2)连接。 6.根据权利要求1所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，所述位于连接末端的子星系统与主星(1)通过爆炸螺栓连接。 7.根据权利要求1所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，其特征在于，所述主星(1)上还设置若干太阳能电池板(3)。 8.一种基于权利要求1所述抓捕系统的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：通过若干姿控装置控制主星(1)向待捕获空间碎片(8)方向移动； S2：当主星(1)与待捕获空间碎片(8)的距离为预设距离时，雷达系统发送子星控制指令至距离主星(1)最远的子星系统，该子星系统与主星(1)分离并向待捕获空间碎片(8)的方向移动； S3：子星系统中的一个子星(2)通过子星状态信息、雷达系统发送子星控制指令以及所有子星(2)测量的待捕获空间碎片(8)的运动信息，生成子星姿控控制指令并发送至其余子星(2)，所有子星(2)根据子星姿控控制指令进行子星姿态机动，展开抓捕绳网； S4：子星系统持续向待捕获空间碎片(8)的方向移动，至待捕获空间碎片(8)完全进入抓捕绳网时，收缩抓捕绳网完成抓捕。 9.根据权利要求8所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕方法，其特征在于，所述S3中展开抓捕绳网的过程中，子星(2)的运动控制率为： u＝kp(xp-xpd)+kv(xv-xvd) 其中，xp＝[x,y,z]T为主星(1)的位置向量，为主星(1)的速度向量；xpd为子星(2)的期望位置，xvd为子星(2)的期望速度，kp和kv均为调节系数。 10.根据权利要求8所述的基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕方法，其特征在于，所述S4中子星系统持续向待捕获空间碎片(8)的方向移动时采用滑模控制的方法控制子星系统的移动，滑模控制率为：其中，slaw＝-εs-ρsgn(s)为滑模面的逼近率，s＝xv-xvd+C(xp-xpd)为滑模面；xpd为子星(2)的期望位置：其中，x0和z0是抓捕绳网中心点在目标碎片本地坐标系中分量的初始值；其中，r为抓捕绳网中心点在待捕获空间碎片(8)本地坐标系的位置向量，v0和v1为常值，v0满足\|Δv\|min<\|v0\|<\|Δv\|max；\|Δv\|max为抓捕绳网与待捕获空间碎片(8)的相对速度的最大限定值，\|Δv\|min为抓捕绳网与待捕获空间碎片(8)相对速度的最小限定值。
所属类别：	发明专利