一种基于母子协同的空间碎片捕获方法与流程

本发明涉及一种航天器在轨服务技术领域，特别是一种基于母子协同的空间碎片捕获方法。

背景技术：

随着人类航天活动日益频繁，航天器发射数量不断增加，由此产生了大量的空间碎片，包括运载工具、失效载荷以及由空间物体碰撞产生的碎片等。近年来，已编目的在轨空间碎片已达2.3万个，空间碎片问题已经成为人类必须面对的环境问题。空间碎片的主要危害在于：会对在轨正常运行的航天器造成严重威胁，可能发生碰撞致使正常运行使航天器损伤甚至粉碎性解体，同时产生更多空间碎片；空间碎片会占据地球静止轨道宝贵的轨位资源。正是由于空间碎片的危害性巨大，许多国家采取了相应的解决措施。其中，空间碎片捕获清除是解决此类问题的一种重要手段。

目前国内外常用的空间目标捕获方式可分为刚性与柔性两种类型，其中刚性捕获方式包括机械臂、锥杆等对接方式，柔性捕获方式包括飞网、飞爪等捕获方式。这些捕获方式各自都存在一定的优缺点和适用场合，而且这些捕获方式重点基于具体的捕获手段，更侧重于从捕获载荷角度形成捕获能力。从目前公开报道来看，从飞行器系统角度研究空间碎片捕获能力还较为缺乏。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，兼具灵活性、可靠性、高时效性、操作简捷、无碎片俘获的独特优势，进一步拓展了任务执行能力。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，包括如下步骤：

步骤一、初始状态，母飞行器绕地球静止轨道飞行；当母飞行器接收到外部指挥控制系统发出的工作指令后，母飞行器向空间碎片目标飞行靠近；

步骤二、当母飞行器距离空间碎片目标s1时，母飞行器释放子飞行器；母飞行器保持不动；

步骤三、母飞行器向空间碎片目标发射激光信号；激光信号经空间碎片目标反射至子飞行器；子飞行器沿激光信号反射路径继续向空间碎片目标飞行；直至子飞行器飞行至距离空间碎片目标s2处；

步骤四、子飞行器从距离空间碎片目标s2处自主飞行至距离空间碎片目标s3处；子飞行器打开光学相机，将光学相机对准空间碎片目标；子飞行器环绕空间碎片目标飞行；寻找子飞行器的锚点位置；

步骤五、子飞行器继续靠近空间碎片目标至s4处；子飞行器保持对锚点位置垂直指向跟随；

步骤六、子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着；

步骤七、子飞行器推动空间碎片目标离开空间碎片目标原有运行轨道。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤一中，母飞行器上搭载n个子飞行器；n为正整数，且n≥10。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤二中，所述s1为100km。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤三中，所述s2为10km。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤四中，所述s3为400-1000m。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤四中，子飞行器环绕空间碎片目标飞行时，按2个环形路径绕空间碎片目标飞行，2个环形路径呈正交分布；且子飞行器沿每个环形路径飞行时，飞行圈数不少于2圈。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤四中，锚点位置为直径大于等于200mm的圆形平面。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤五中，s4为1m。

在上述的一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，所述的步骤六中，子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着时，子飞行器撞击时的速度为0.25-0.5m/s。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明中的基于母子飞行器协同工作的空间碎片捕获新系统，由母飞行器承载多颗子飞行器组成，可充分发挥母飞行器和子飞行器各自的优势以及相互之间的配合优势，实现子飞行器利用母飞行器的资源优势便于“轻小型化快速机动设计、两器之间资源共享”等协同效果，使得整个捕获系统兼具“灵活性、可靠性、高时效性、操作简捷、无碎片俘获”的独特优势；

(2)本发明母子协同捕获系统除了可对空间碎片捕获并辅助离轨外，母飞行器配置相关有效载荷可执行独立的任务，子飞行器携带合适的操作工具后还可对己方在轨航天器进行维修维护、功能升级等操作，进一步拓展了任务执行能力。

附图说明

图1为本发明捕获流程示意图；

图2为本发明子飞行器绕空间碎片环绕飞行示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，母子式协同系统由母飞行器与其承载的多颗子飞行器组成，母飞行器逼近空间碎片目标至一定范围后释放分离子飞行器，引导子飞行器进一步接近空间碎片目标，子飞行器距离空间碎片目标一定距离后完全利用自身能力进一步逼近空间碎片目标，通过低速撞击方式附着于空间碎片目标某一预定锚点位置，即可执行空间碎片捕获离轨任务。执行空间碎片捕获离轨任务工作模式：由子飞行器推动空间碎片目标离开正常运行轨道。母飞行器除了执行支持子飞行器任务之外，通过配置相关有效载荷可执行独立的任务。

如图1所示为捕获流程示意图，由图可知，一种基于母子协同的空间碎片捕获方法，包括如下步骤：

步骤一、初始状态，母飞行器上搭载n个子飞行器；n为正整数，且n≥10。母飞行器绕地球静止轨道飞行；当母飞行器接收到外部指挥控制系统发出的工作指令后，母飞行器向空间碎片目标飞行靠近。

步骤二、当母飞行器距离空间碎片目标s1时，s1为100km；母飞行器释放子飞行器；母飞行器保持不动；母飞行器是子飞行器的发射搭载平台以及对目标卫星的轨道转移搭载平台。

步骤三、母飞行器向空间碎片目标发射激光信号；激光信号经空间碎片目标反射至子飞行器；子飞行器沿激光信号反射路径继续向空间碎片目标飞行；直至子飞行器飞行至距离空间碎片目标s2处，s2为10km；母飞行器利用其探测系统获取目标相对位置信息，并向目标发射激光信号，子飞行器接收母飞行器对目标的制导信号实施近程导引，经变轨机动，向目标飞近，直至飞行器在距目标10km附近。

步骤四、子飞行器从距离空间碎片目标s2处自主飞行至距离空间碎片目标s3处；s3为400-1000m；子飞行器打开光学相机，将光学相机对准空间碎片目标；子飞行器环绕空间碎片目标飞行；如图2所示为子飞行器绕空间碎片环绕飞行示意图，由图可知，子飞行器环绕空间碎片目标飞行时，按2个环形路径绕空间碎片目标飞行，2个环形路径呈正交分布；且子飞行器沿每个环形路径飞行时，飞行圈数不少于2圈。寻找子飞行器的锚点位置；锚点位置为直径大于等于200mm的圆形平面。

步骤五、子飞行器继续靠近空间碎片目标至s4处；s4为1m；子飞行器保持对锚点位置垂直指向跟随；

步骤六、子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着；子飞行器采用低速撞击方式实现对空间碎片目标的可靠附着时，子飞行器撞击时的速度为0.25-0.5m/s。

步骤七、子飞行器推动空间碎片目标离开空间碎片目标原有运行轨道。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。