Deorbiter CubeSat mission design

This paper presents the mission design for a CubeSat-based active debris removal approach intended for transferring sizable debris objects from low-Earth orbit to a deorbit altitude of 100 km. The mission consists of a mothership spacecraft that carries and deploys several debris-removing nanosatellites, called Deorbiter CubeSats. Each Deorbiter is designed based on the utilization of an eight-unit CubeSat form factor and commercially-available components with significant flight heritage. The mothership spacecraft delivers Deorbiter CubeSats to the vicinity of a predetermined target debris, through performing a long-range rendezvous maneuver. Through a formation flying maneuver, the mothership then performs in-situ measurements of debris shape and orbital state. Upon release from the mothership, each Deorbiter CubeSat proceeds to performing a rendezvous and attachment maneuver with a debris object. Once attached to the debris, the CubeSat performs a detumbling maneuver, by which the residual angular momentum of the CubeSat-debris system is dumped using Deorbiter’s onboard reaction wheels. After stabilizing the attitude motion of the combined Deorbiter-debris system, the CubeSat proceeds to performing a deorbiting maneuver, i.e., reducing system’s altitude so much so that the bodies disintegrate and burn up due to atmospheric drag, typically at around 100 km above the Earth surface. The attitude and orbital maneuvers that are planned for the mission are described, both for the mothership and Deorbiter CubeSat. The performance of each spacecraft during their operations is investigated, using the actual performance specifications of the onboard components. The viability of the proposed debris removal approach is discussed in light of the results.     

水平冲量作用下共面椭圆轨道上航天器的交会

本文研究了在三次水平冲量作用下,一般共面椭圆轨道上两个航天器的固定时间交会问题。推导了完成交会的必要条件,给出了三次水平冲量的大小及其作用时刻的计算方法。     

视场约束的交会对接V-bar撤离控制研究

利用解析和数值结合的方法研究了在视场约束条件下交会对接V-bar撤离的控制问题。描述了交会对接V-bar撤离的径向冲量机动方案，说明了径向机动撤离方案具有减少羽流污染和故障情况下能够避免飞行器碰撞的优点。基于CW方程推导出了机动点位于V-bar上的特殊情况下径向冲量和视场角的解析公式，同时也得到了求最大视场角时刻和冲量作用后V-bar方向撤离距离的计算公式。对于任意机动点的一般情况，得到了求解径向冲量和视场角关系的非线性方程，这一方程可利用数值方法求解。最后，通过数值仿真验证了该方法的正确性。     

伴飞航天器燃料最优交会

应用遗传算法针对伴飞航天器由共面椭圆伴飞轨道不同位置出发，与中心航天器进行直接碰撞交会和软交会的燃料最优问题，进行了历遍求解。根据计算结果，应用多元线性回归分析得到了直接碰撞最优交会问题的解析解表达式。直接碰撞最优交会问题的解析解可作为软交会问题的次优解。     

空间交会动力学和安全模式

本文首先导出空间交会相对运动方程并给出其物理解释,然后给出动力学方程的解析解,并分析其动力学性质,最后导出不碰撞安全区和位置保持点的表达式。选择适当初始条件可以求出安全区和保持点。     

虚拟现实技术在空间交会对接仿真中的应用

本文具体讨论近几年来在国际上迅速发展的虚拟现实技术在空间交会对接仿真中的应用。虚拟交会对接仿真器具有设备简单，投资少，逼真度高，功能全等特点，是一项值得在仿真中推广应用的技术。     

交会对接最终逼近段制导控制律设计方法研究

针对空间交会对接最终逼近阶段要求较高的控制精度以及连续控制力（转矩）难于实现等问题，文中在制导律设计方面使用了一种基于Hill方程的直线型制导及其常值推力等效实现的策略，在姿态控制方面使用补偿线性化以及PWPF调节器实现的控制方法，对于以上两种制导控制律，利用半物理仿真平台对算法的有效性和可行性给予了验证。     

RGPS在交会对接中的应用

在伪距差分算法中， 目标飞行器的绝对导航误差通过方向余弦影响相对导航精度， 同时由于线性化观测方程引起的模型误差减小， 使其精度随相对距离减小而提高。仿真结果表明位置差分可以用于相对距离大于２００ｍ 阶段， 伪距差分可以用于相对距离２００ｍ 以内阶段， 两种方法的相对速度精度都需要提高。     

飞船安全交会对接的最优控制律设计

本文考虑飞船与空间站交会对接时,最后逼近阶段中的安全控制问题,控制执行机构为常值推力的反作用推力器。采用分散最优控制方案,给出了一种近似时间-燃料最优的反馈开关控制律,仿真结果验证了此控制律的可行性。