服務航天器主動繞飛觀測的建模與控制

王首喆 張慶展

上海宇航系統工程研究所，上海 201109

0 引言

服務航天器執行在軌維修、燃料加注、碎片清除等任務時，為獲取目標準確信息，需對目標進行近距離全方位的繞飛觀測。通常服務航天器相對目標質心進行繞飛；對于體積龐大、構型復雜的航天器(如國際空間站)，存在相對目標局部區域繞飛觀測的需求。當服務航天器的初始位置與繞飛軌跡相距較遠時，如何安全平穩地進入繞飛軌跡，如何對繞飛軌跡與觀測姿態進行協同規劃，是本文研究的重點。

航天器間相對運動常以C-W方程[1]為基礎進行研究。文獻[2]對多脈沖控制下共面快速繞飛的進入段、繞飛段和撤離段進行了設計。文獻[3]以C-W方程和脈沖控制為基礎，給出了自然軌跡、受限軌跡的數學描述，對全局繞飛軌跡、局部限制軌跡進行了多種模式的設計。文獻[4]對恒定推力作用下繞飛的形成與保持進行了研究，將繞飛過程分為進入繞飛面和在繞飛面內形成并保持繞飛軌跡2個階段。文獻[5]的目標為橢圓軌道，將相對動力學描述為周期性參數R、角速度、角加速度的線性時變系統，在足夠小的時間區間內，進一步將時變系統用參數凍結的線性系統代替。文獻[6]采用相對軌道根數描述繞飛軌跡的幾何特性。編隊飛行是描述繞飛軌跡的另一種有效途徑。文獻[7]對連續推力作用下快速圓繞飛的空間編隊進行了設計。文獻[8]對近地軌道衛星編隊飛行提出了形式簡單的用于同步控制的相對軌道動力學模型?！?br>