服务航天器主动绕飞观测的建模与控制

王首喆 张庆展

上海宇航系统工程研究所，上海 201109

0 引言

服务航天器执行在轨维修、燃料加注、碎片清除等任务时，为获取目标准确信息，需对目标进行近距离全方位的绕飞观测。通常服务航天器相对目标质心进行绕飞；对于体积庞大、构型复杂的航天器(如国际空间站)，存在相对目标局部区域绕飞观测的需求。当服务航天器的初始位置与绕飞轨迹相距较远时，如何安全平稳地进入绕飞轨迹，如何对绕飞轨迹与观测姿态进行协同规划，是本文研究的重点。

航天器间相对运动常以C-W方程[1]为基础进行研究。文献[2]对多脉冲控制下共面快速绕飞的进入段、绕飞段和撤离段进行了设计。文献[3]以C-W方程和脉冲控制为基础，给出了自然轨迹、受限轨迹的数学描述，对全局绕飞轨迹、局部限制轨迹进行了多种模式的设计。文献[4]对恒定推力作用下绕飞的形成与保持进行了研究，将绕飞过程分为进入绕飞面和在绕飞面内形成并保持绕飞轨迹2个阶段。文献[5]的目标为椭圆轨道，将相对动力学描述为周期性参数R、角速度、角加速度的线性时变系统，在足够小的时间区间内，进一步将时变系统用参数冻结的线性系统代替。文献[6]采用相对轨道根数描述绕飞轨迹的几何特性。编队飞行是描述绕飞轨迹的另一种有效途径。文献[7]对连续推力作用下快速圆绕飞的空间编队进行了设计。文献[8]对近地轨道卫星编队飞行提出了形式简单的用于同步控制的相对轨道动力学模型。……