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.     

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。     

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。     

远程导引可行飞行方案寻求算法研究

提出了一种寻求远程导引可行飞行方案的算法，能够满足远程导引对测控、日照、燃料和时间等各方面的要求；重点论述了Lambert一次变轨方案，给出了算法的具体步骤和主要模块的实现方法；最后给出了一个算例，说明算法是切实可行的。     

月球轨道交会对接航天器相对状态误差分析

为分析同波束干涉测量这一高精度相对测角技术对月球交会对接两个航天器的相对位置、速度(状态)影响,文章根据协方差分析理论及各测量量的模型,推导测量量关于相对状态量的信息矩阵,建立了相对状态误差协方差模型;结合月球轨道交会对接仿真轨道,开展测量误差对两个航天器的相对状态误差影响协方差分析。结果表明,在当前测量误差条件下,相对位置、速度误差分别达到米级和厘米每秒级。在分析相对状态误差影响因子的基础上,重点对同波束干涉测量差分相时延整周模糊误差及时延率误差对相对状态影响进行了分析,结果表明整周模糊度误差对相对位置误差影响显著,时延率误差对相对速度误差影响显著。     

空间交会最终平移段控制策略

提出空间交会最终平移段的控制方法,选取追踪航天器的相对位置与姿态角作为控制变量,同步控制追踪航天器的质心运动与姿态运动,修正制导机动执行偏差的影响,使目标航天器保持在光学导航视场范围之内,且满足对接操作对追踪航天器状态的要求。     

空间交会近程导引段控制方法与控制算法

阐述了空间交会近程导引段控制方法与控制算法。停泊点转移控制采用终端控制法,以终点标称状态为控制目标;停泊点位置保持应用轨迹控制法原理。对转移控制,冲量制导的控制目标是终端位置,连续常推力制导的控制目标是终端位置和速度,可应用不同控制方式,对转移时间有不同影响。模拟计算结果表明,提出的控制方法及其算法是有效的。     

空间交会对接CCD光学成像敏感器光学特性

以辐射度量为标准,建立了CCD像机探测合作目标光功率模型以及功率方程,得到了所需合作目标光功率与CCD像机参数的制约关系,分析了CCD像机探测到光点所占像元数与传输距离之间的关系。用超焦距方法解决了CCD像机对有限远距离范围内工作时的成像清晰度问题,采用了像方远心光路设计解决了系统测量精度问题。研究了太阳光进入CCD像机视场和照射对接口反射后对CCD像机产生的影响。     

交会对接绕飞段多模态滑模控制

基于多模态滑模控制的理念,研究了交会对接绕飞段的控制问题。介绍了 多模态滑模切换函数的设计方法,并给出滑模面的存在条件和系统稳定性证明。采用分时 控制方法弱化系统变量之间的耦合,简化了控制系统的设计。对该控制系统进行了数值仿 真,结果表明：系统可以经由预想的绕飞轨线,由初态绕飞至终态,而且对初始状态具有很 好的适应性。
     

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。