刘 茜，肖 轩，程 靖，李海泉，梁建勋，马 炜，胡成威，危清清

(1.中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部，北京100094；2.清华大学航天航空学院，北京100084)

1 引言

自从第一个组件于1998进入轨道以来，国际空间站(International Space Station，ISS)作为微重力、空间环境等科学研究任务的平台，已经进行了许多成功和有意义的在轨任务[1]。空间机械臂作为ISS的重要组成部分，对ISS的组建和日常运营做出了巨大的贡献。空间机械臂在执行抓捕过程中一旦操作不当，所产生的碰撞力会使机械臂甚至航天器失稳或损坏，因此必须对有接触碰撞的操作阶段进行充分测试与验证。硬件在环(hardware-in-the-loop，HIL)技术通过地面机械臂模拟动力学数值仿真计算得到的空间机械臂的三维运动并将实测的碰撞力与力矩反馈到空间机械臂动力学仿真中[2-3]，能够真实有效地验证空间机械臂动力学特性。

HIL仿真在国外已成功应用于许多在轨服务任务的验证。加拿大航天局基于HIL技术研发了灵巧操作机械臂在轨任务验证系统，对机械臂抓捕过程中的接触碰撞动力学特性进行了有效验证[4-6]。德国航天局开发了操作模拟器和在轨任务验证平台分别对卫星交会对接任务和空间机械臂操作进行验证[7-9]。国内的哈尔滨工业大学、上海交通大学、中国科学院等单位也对在轨任务的地面验证进行了研究[10-13]。由于起步较晚，国内基于HIL技术的地面验证研究还处在初级阶段。

针对空间机械臂在轨操作任务的地面验证，本文提出一……