刘将辉, 李海阳

(国防科技大学空天科学学院, 湖南 长沙 410073)

0 引 言

航天器由于控制系统失效或燃料耗尽等原因导致在空间自由翻滚,对在轨航天器和地面人员的安全造成严重威胁[1]。2009年2月10日,美国铱星公司的Iridium-33卫星和俄罗斯失效的通信卫星在西伯利亚上空790 km处发生碰撞而坠毁。2011年9月24日,美国一颗名为“高层大气研究卫星”(UARS)由于燃料耗尽在失控情况下坠落地面。如能对失效航天器进行在轨修复、燃料加注等操作,将会避免此类事故,从而延长其寿命[2-4]。面向失控翻滚目标的逼近是实施上述任务的基础。

当前,对失控翻滚目标逼近问题,国内外学者进行了大量的研究。文献[5-6]采用θ-D非线性最优控制方法设计闭环回路控制器,该控制器综合考虑了追踪器和目标器之间的相对位姿跟踪及追踪器的帆板挠性运动,通过摄动法求Hamilton Jacobi Bellman方程的近似解,求解过程涉及大量数值运算,所得的控制器是一个无穷级数。文献[7]针对失控翻滚目标的逼近问题,建立了追踪器的参考轨迹和参考姿态模型,设计了六自由度控制的自适应滑膜控制器。文献[8-10]设计了六自由度姿轨一体化滑膜自适应控制器,为确保输出可控,引入了追踪器的饱和幅值。文献[11]针对空间翻滚目标的相对位姿测量问题,提出了一种基于视觉SLAM的相对位姿估计方法。考虑到航天器逼近的不同约束和采样频率,文献[12]设计了可重构约束的动态模型预测控制器。文献[13]采用特征模型的控制方法,设计了相对位置和姿态同步控制器,搭建了系统仿真平台并进行动力学仿真。……