附加推力控制下的空間目標(biāo)姿軌仿真系統(tǒng)研究

李涵 董正宏 葉新

摘? 要： 隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的航天器被發(fā)往太空，尤其是近地軌道，同時(shí)，也積累了大量空間碎片。空間碎片的存在不僅占用了軌道資源，而且對(duì)現(xiàn)役航天器也是很大的威脅[1，2]。對(duì)此，本文提出了一種附加推力控制下的空間目標(biāo)軌道姿態(tài)仿真技術(shù)，以簡(jiǎn)化的空間碎片模型入手，研究了各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)方法，并給出之后的研究方向。

關(guān)鍵詞： 空間碎片;推力控制;姿態(tài)軌道仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TP 24? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.01.023

【Abstract】： With the rapid development of space technology， an increasing number of spacecrafts are being launched into the space， especially the near-Earth orbit. At the same time， a large amount of space debris has accumulated. The existence of space debris not only occupies the orbital resources， but also poses a great threat to the active spacecrafts[1-2]. In this regard， this paper proposes an orbital and attitude simulation technology under additional thrust control for space target， which starts from the simplified model of space debris， studies the implementation methods of each module， and gives the further research direction.

【Key words】： Space debris; Thrust control; Attitude and orbit simulation

0? 引言

從1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射至今60年來(lái)，人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)行了5000多次航天發(fā)射，將6000多個(gè)航天器送入地球軌道，它們?yōu)槿祟?lèi)社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展提供了不可或缺的支持。然而衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命有限，在其關(guān)鍵部件損壞或者燃料燃盡之后，衛(wèi)星將失去地面控制，隨后與隕石或其他衛(wèi)星相互碰撞，這將導(dǎo)致空間碎片急劇增加，逐漸形成人造空間碎片層[3]。

據(jù)美國(guó)空間監(jiān)測(cè)網(wǎng)站（SSN）給出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，地球軌道上尺寸大于10 cm的可編目的空間物體 數(shù)量從1987年的9000多個(gè)到2018年的近1.9萬(wàn)多個(gè)[4]，30年來(lái)足足漲了一倍，它們中大多數(shù)是空間碎片。這些直徑大于10 cm的空間碎片屬于大型空間碎片[5]，對(duì)航天器有致命威脅。

空間碎片的清除刻不容緩，本文提出一種附加推力器清除空間碎片的方法，該方法使用空間機(jī)器人捕獲空間碎片，然后為碎片提供推力系統(tǒng)并使其離軌，其完整流程如圖1所示。本文研究重點(diǎn)在空間機(jī)器人捕獲空間碎片后，對(duì)空間碎片進(jìn)行部署推力裝置主動(dòng)控制，使其到達(dá)指定軌道的相關(guān)技術(shù)研究。