一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋方法及装置

本发明涉及消旋控制，尤其涉及一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋方法及装置。

背景技术：

1、随着航天技术的发展，外太空中存在越来越多的空间非合作目标（即不能提供有效合作信息的空间目标，包括空间碎片、临时失效航天器、废旧弃用航天器或小卫星、彗星、小行星进入地球外层空间的飞行物等目标物体）。

2、通常而言，空间非合作目标的旋转角速度较大，清理机器人很难直接将其捕获，因此首先需要将空间非合作目标进行消旋处理。消旋处理包括接触式消旋与非接触式消旋，其中电磁-涡流消旋方法具有安全性能高、不会对空间非合作目标造成破环以及没有目标形状限制等优点。

3、在一些相关技术中，利用单一永磁体或线圈（即单一航天器携带永磁体或线圈）对空间非合作目标进行消旋时，由于空间非合作目标所受磁场不均匀而产生侧向力，这会导致空间非合作目标偏离原轨道并面临逃逸风险。为了解决这一问题，通常在空间非合作目标的两侧各对称设置一个永磁体或线圈，此时空间非合作目标由于磁场对称，因此其所受净力为0。

4、在另一些相关技术中，可以利用两个相对空间非合作目标对称设置的航天器进行消旋处理，其通过改变两个航天器所携带线圈中的电流方向，借助电磁吸引力与排斥力，完成消旋作业。即，利用吸引力（即两个航天器所携带线圈的电流方向相同）使两个航天器同时对称地抵近空间非合作目标进行消旋，当快发生碰撞且空间非合作目标的旋转角速度仍高于捕获装置（例如设置在至少一个航天器上的机械臂）可捕获的最大速度时，再利用排斥力（即两个航天器所携带线圈的电流方向相反）使两个航天器同时对称地远离空间非合作目标，由此构成一个消旋周期，即：持续机动、远离目标。当空间非合作目标的旋转角速度低于捕获装置可捕获的最大速度时，完成消旋作业，此时要么继续借助于吸引力抵近空间非合作目标后执行捕获任务（此时两个航天器同步向空间非合作目标机动），要么其中一个航天器借助其推进器向空间非合作目标抵近并执行捕获任务。

5、然而，上述相关技术存在消耗功率高、消旋过程繁琐和灵活性差的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋方法及装置，能够解决上述相关技术存在的消耗功率高、消旋过程繁琐和灵活性差的问题。

2、根据第一方面，本发明提供了一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋方法，包括：

3、控制两个航天器到达位于空间非合作目标两侧的安全位置；其中，每个所述航天器均携带有励磁线圈，两个所述励磁线圈的质心与所述空间非合作目标的质心处于同一轨道；

4、控制第一航天器相对所述空间非合作目标的第一安全位置和所述第一航天器携带的第一励磁线圈所通电流的大小均保持不变，同时控制第二航天器由其相对所述空间非合作目标的第二安全位置向所述空间非合作目标机动；其中，在所述第二航天器的机动过程中，控制所述第二航天器携带的第二励磁线圈所通电流的方向与所述第一励磁线圈所通电流的方向相同，并控制所述第二励磁线圈所通电流的大小随所述第二航天器的机动改变，以保证所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈在所述空间非合作目标处产生的合成磁场均匀；

5、利用预设的消旋约束条件，控制所述空间非合作目标进行消旋作业，直至所述空间非合作目标的旋转角速度低于所述第二航天器携带的捕获装置可捕获的最大速度，以利用该捕获装置对所述空间非合作目标执行捕获任务。

6、根据第二方面，本发明提供了一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋装置，包括：

7、第一控制单元，被配置为控制两个航天器到达位于空间非合作目标两侧的安全位置；其中，每个所述航天器均携带有励磁线圈，两个所述励磁线圈的质心与所述空间非合作目标的质心处于同一轨道；

8、第二控制单元，被配置为控制第一航天器相对所述空间非合作目标的第一安全位置和所述第一航天器携带的第一励磁线圈所通电流的大小均保持不变，同时控制第二航天器由其相对所述空间非合作目标的第二安全位置向所述空间非合作目标机动；其中，在所述第二航天器的机动过程中，控制所述第二航天器携带的第二励磁线圈所通电流的方向与所述第一励磁线圈所通电流的方向相同，并控制所述第二励磁线圈所通电流的大小随所述第二航天器的机动改变，以保证所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈在所述空间非合作目标处产生的合成磁场均匀；

9、第三控制单元，被配置为利用预设的消旋约束条件，控制所述空间非合作目标进行消旋作业，直至所述空间非合作目标的旋转角速度低于所述第二航天器携带的捕获装置可捕获的最大速度，以利用该捕获装置对所述空间非合作目标执行捕获任务。

10、根据本发明提供的基于电磁-涡流原理的非接触式消旋方法及装置，只通过控制第二航天器由其相对空间非合作目标的第二安全位置向空间非合作目标机动的方式，而非持续机动和远离目标，因此消耗功率低；在执行完消旋作业后，可直接利用第二航天器携带的捕获装置对空间非合作目标执行捕获任务，因此消旋过程简单；只需要保证两个励磁线圈的质心与空间非合作目标的质心处于同一轨道，而非保证两个航天器相对空间非合作目标对称，因此灵活性高。综上，上述技术方案能够解决上述相关技术存在的消耗功率高、消旋过程繁琐和灵活性差的问题。

技术特征：

1.一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述消旋约束条件包括如下中的至少一种：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，两个航天器距离到所述空间非合作目标的距离是通过两个航天器各自携带的激光雷达或视觉传感器测得的。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用预设的消旋约束条件，控制所述空间非合作目标进行消旋作业，包括：

6.一种基于电磁-涡流原理的非接触式消旋装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述消旋约束条件包括如下中的至少一种：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，两个航天器距离到所述空间非合作目标的距离是通过两个航天器各自携带的激光雷达或视觉传感器测得的。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三控制单元在执行所述利用预设的消旋约束条件，控制所述空间非合作目标进行消旋作业时，用于执行如下操作：

技术总结本发明涉及消旋控制技术领域，尤其涉及一种基于电磁‑涡流原理的非接触式消旋方法及装置。该方法只通过控制第二航天器由其相对空间非合作目标的第二安全位置向空间非合作目标机动的方式，而非持续机动和远离目标，因此消耗功率低；在执行完消旋作业后，可直接利用第二航天器携带的捕获装置对空间非合作目标执行捕获任务，因此消旋过程简单；只需要保证两个励磁线圈的质心与空间非合作目标的质心处于同一轨道，而非保证两个航天器相对空间非合作目标对称，因此灵活性高。综上，上述技术方案能够解决上述相关技术存在的消耗功率高、消旋过程繁琐和灵活性差的问题。技术研发人员：陈振,杜磊,户恒在,刘向东受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29