大型空間碎片機械沖擊消旋位姿計算方法研究*

張德軒 秦曉剛 楊生勝 侯瑋杰 馬 睿 張慧博 戴士杰

1.河北工業大學機械工程學院，天津 3001302.蘭州空間技術物理研究所真空低溫技術與物理重點實驗室，蘭州 7300003.天津市微低重力環境模擬技術重點實驗室，天津航天機電設備研究所，天津 300458

0 引言

空間碎片是指人類在空間活動中遺留在空間中的廢棄物，其中包括火箭發射過程中脫落的火箭末級、失效衛星、空間碰撞物等，由于其失去了姿態調整能力而成為空間非合作目標。近年來由于空間活動次數的增加導致空間碎片數量增加，如果不進行回收處理將導致大量空間非合作目標滯留在太空中，進一步增加了航天器在空間軌道中的碰撞風險。美國國家航空航天局的研究人員指出：為保持空間環境可持續發展，未來發射航天器除了要進行任務后處理外，每年還要主動清理5個以上的大型航天器才能抑制空間碎片總數量的增長[1-4]。但由于空間非合作目標運動規律復雜，直接進行捕獲難度較大，危險性較高，若能在實施捕獲前進行消旋處理，將有利于之后的捕獲作業[5]。

目前對于大型空間碎片主要有兩種消旋方式，接觸式消旋和非接觸式消旋。文獻[6-7]將彈性小球作為機械臂末端執行器，利用機械臂末端與目標表面之間彈性碰撞所產生的推力與摩擦力衰減目標轉動，由于沒有一種沖擊方法的指導，沖擊效果有可能會與預期相反。文獻[8]研究了利用機器人對非合作目標進行消旋的控制方法，但前提是機器人能夠安全地抓取空間碎片，不適用于空間碎片轉動速度較快的情況。……