陈奥,解永春,王勇,李林峰

1.北京控制工程研究所,北京 100190

2.空间智能控制技术重点实验室,北京 100190

在轨服务操作通常是指服务航天器与目标航天器完成交会对接后,服务航天器利用所携带的机械臂对目标航天器进行末端操作的过程,包括对寿命末期或者故障航天器的在轨故障修复、模块更换、燃料加注、以及辅助离轨等[1]。在轨加注是指服务航天器在空间轨道上,为目标航天器补充推进剂,是一种典型的在轨服务操作。在轨加注在降低空间运输成本以及任务风险方面起着重要的作用,对于提高空间资产使用效益、保障飞行器在轨安全可靠运行具有重大意义。

已有的在轨加注通过遥操作或在人员监控下完成,自主等级低。国外典型的在轨加注任务有“轨道快车(Orbital Express,OE)”和“机器人燃料加注任务(Robotic Refueling Mission,RRM)”。2007年,在“轨道快车”任务中,服务航天器ASTRO向目标航天器NEXTSat传输了肼燃料,还利用机械臂为NEXTSat安装了一块电池,这些操作是在人员监控下完成的,依赖于地面指令[2]。2013年,在第三阶段的“机器人燃料加注任务(Robotic Refueling Mission-3,RRM-3)”中,安装于国际空间站外部的机械臂完成了一系列加注操作的在轨演示,包括开启燃料加注工具启动锁、抓取并取出锁线切割工具、切割阀门螺帽锁线、放回切割工具、抓取连接管工具、移动连接管工具至模拟卫星燃料阀处、将连接管插入模拟卫星燃料阀、乙醇燃料传输等,上述操作由遥操作完成,并且需要地面人员向机械臂操作系统发送精确的加注指令[3]。……