附加推力控制下的空间目标姿轨仿真系统研究

李涵 董正宏 叶新

摘  要： 随着航天技术的飞速发展，越来越多的航天器被发往太空，尤其是近地轨道，同时，也积累了大量空间碎片。空间碎片的存在不仅占用了轨道资源，而且对现役航天器也是很大的威胁[1，2]。对此，本文提出了一种附加推力控制下的空间目标轨道姿态仿真技术，以简化的空间碎片模型入手，研究了各个模块的实现方法，并给出之后的研究方向。

关键词： 空间碎片;推力控制;姿态轨道仿真

中图分类号： TP 24    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.01.023

【Abstract】： With the rapid development of space technology， an increasing number of spacecrafts are being launched into the space， especially the near-Earth orbit. At the same time， a large amount of space debris has accumulated. The existence of space debris not only occupies the orbital resources， but also poses a great threat to the active spacecrafts[1-2]. In this regard， this paper proposes an orbital and attitude simulation technology under additional thrust control for space target， which starts from the simplified model of space debris， studies the implementation methods of each module， and gives the further research direction.

【Key words】： Space debris; Thrust control; Attitude and orbit simulation

0  引言

从1957年第一颗人造卫星发射至今60年来，人类已经进行了5000多次航天发射，将6000多个航天器送入地球轨道，它们为人类社会进步和科技发展提供了不可或缺的支持。然而卫星设计寿命有限，在其关键部件损坏或者燃料燃尽之后，卫星将失去地面控制，随后与陨石或其他卫星相互碰撞，这将导致空间碎片急剧增加，逐渐形成人造空间碎片层[3]。

据美国空间监测网站（SSN）给出的统计数据，地球轨道上尺寸大于10 cm的可编目的空间物体 数量从1987年的9000多个到2018年的近1.9万多个[4]，30年来足足涨了一倍，它们中大多数是空间碎片。这些直径大于10 cm的空间碎片属于大型空间碎片[5]，对航天器有致命威胁。

空间碎片的清除刻不容缓，本文提出一種附加推力器清除空间碎片的方法，该方法使用空间机器人捕获空间碎片，然后为碎片提供推力系统并使其离轨，其完整流程如图1所示。本文研究重点在空间机器人捕获空间碎片后，对空间碎片进行部署推力装置主动控制，使其到达指定轨道的相关技术研究。