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        空间垃圾清除新技术| |《空间飞网机器人动力学与控制》出版

        浏览次数: 966 日期:2021年06月03日


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          近年来航天技术迅速发展,人类对于空间科学、空间资源、空间军事的探索需求强烈,全世界各个国家每年发射的卫星总数都在不断攀升。而相应地,空间垃圾的数量也在快速增长,以空间垃圾清理和非合作目标抓捕为对象的在轨服务任务已成为国际空间任务中的重大战略需求,NASA、ESA等国家航天局均针对太空垃圾清除推出了清除计划。

          从传统的以刚性抓捕为代表的单臂空间机器人、多臂空间机器人、手爪机器人,到当下十分热门的柔性连接抓捕装置,如空间绳系机器人、空间绳系飞网等,世界各国的大学和研究机构已经提供了很多的空间垃圾主动抓捕清除方案。空间飞网机器人就是这样一种面向空间垃圾清除的新型在轨捕获装置,由平台卫星弹射释放,自由飞行展开后根据目标状态机动飞网构型并完成抓捕。空间飞网机器人既继承了传统绳系飞网的大包络、易抓捕等特点,又继承了绳系机器人的可机动性,是一种新型的空间垃圾主动抓捕移除装置。

          国内外关于空间飞网的研究较少,且主要都是集中在机构研究和基于项目的弹射机构地面试验研究,几乎没有关于其动力学特性分析和控制问题的研究。因此,本书的研究具有一定的探索意义。


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                                    图1 空间飞网机器人


         由于飞网的大包络简单的抓捕方式,在整个抓捕任务中不需要知道待抓捕卫星的质量、转动惯量、尺寸、物理特征等信息,增加了可被抓捕目标的范围和抓捕可靠性。本书从系统概念、任务流程描述、动力学建模与分析、不同阶段和控制策略下的控制器设计,对空间飞网机器人设计及动力学建模、释放特性研究、释放后系统稳定控制和机动控制,以及基于分布式一致性的控制等内容进行了深入地分析和论证,并针对不同构型飞网的研究进行了由浅入深的探讨,结合现有的较先进的智能控制算法,从不同角度解决问题。


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                          图2 空间飞网机器人的任务总流程

         

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                          图3 加速状态下网型变化和网口面积变化

         

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                             图4 减速状态下网型变化和网口面积变化


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                                图5 无控状态下的逼近轨迹


          空间飞网机器人是一种新型的空间非合作目标抓捕装置,结合了传统柔性飞网的大包络、易抓捕特性和绳系机器人的高机动能力,且在整个抓捕任务中不需要知道待抓捕目标的质量、转动惯量、尺寸、物理特征等信息,增加了可被抓捕目标的范围和抓捕可靠性。本书是国内第一本系统性讲述空间飞网机器人动力学与控制体系的著作。本书介绍了空间飞网机器人的典型任务场景和任务流以及系统构成,在此基础上推导了运动学和动力学模型,并讨论了飞网折叠和弹射方面的技术问题。本书的重点是论述空间飞网机器人在释放后逼近阶段不同情况下的控制策略与控制方法。


          本书可供从事空间垃圾清理以及空间在轨服务技术研究的工程技术人员参考,也可作为高等院校航天应用类相关专业研究生和本科生高年级学生的教材。


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