衛(wèi)星在運(yùn)行過程中,其載荷天線等往往有很大的制造成本,并且系統(tǒng)壽命很長,而衛(wèi)星上的控制系統(tǒng)往往容易出現(xiàn)故障,如果無法對載荷實現(xiàn)重新利用則會造成很大損失。近些年提出了細(xì)胞衛(wèi)星概念,單個細(xì)胞衛(wèi)星只承擔(dān)衛(wèi)星的分系統(tǒng)功能,實現(xiàn)了低成本,模塊化及可集成化,細(xì)胞衛(wèi)星可以實現(xiàn)在軌組裝,也可以實現(xiàn)故障模塊的替換。對于載荷沒有失效但是控制系統(tǒng)失效的航天器,可以采用細(xì)胞衛(wèi)星對被服務(wù)航天器進(jìn)行姿態(tài)接管控制,以實現(xiàn)載荷的再利用�；诩�(xì)胞衛(wèi)星的被服務(wù)航天器姿態(tài)接管控制依然存在一些未解決的問題,如被服務(wù)航天器與細(xì)胞衛(wèi)星結(jié)合后,航天器質(zhì)量特性發(fā)生了變化,需要對組合航天器進(jìn)行質(zhì)量特性在線辨識。細(xì)胞衛(wèi)星相對被服務(wù)航天器的安裝位置以及安裝矩陣無法確定,需要在線確定細(xì)胞衛(wèi)星相對于被服務(wù)航天器的安裝位置及安裝矩陣�；谂考�(xì)胞衛(wèi)星的星間通訊問題,需要設(shè)計細(xì)胞衛(wèi)星交互的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以減小星間通訊壓力。為了解決以上問題,本文主要針對以下幾部分內(nèi)容進(jìn)行研究。對于被服務(wù)航天器為非合作目標(biāo)(如太空垃圾)的情況,我們無法獲取其外形結(jié)構(gòu),質(zhì)量特性等相關(guān)參數(shù),也不了解被服務(wù)航天器本體坐標(biāo)系的定義,無法在被服務(wù)航天器本體坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量特性辨識。針對這類航天器,考慮到我們并不需要對航天器進(jìn)行維修以及修復(fù),只是希望改變其原有的姿態(tài)及軌道,或者通過降低非合作目標(biāo)的軌道,使其在大氣層內(nèi)銷毀,達(dá)到清理太空垃圾的目的。因此本文建立了細(xì)胞衛(wèi)星參考坐標(biāo)系,將細(xì)胞衛(wèi)星的測量及輸出參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)一,進(jìn)而在參考坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行航天器質(zhì)量特性辨識。對于被服務(wù)航天器為控制系統(tǒng)失效的合作目標(biāo)的情況,考慮到航天器載荷、天線、太陽能帆板等仍然可以工作。我們希望能夠利用細(xì)胞衛(wèi)星依附于被服務(wù)航天器進(jìn)行姿態(tài)接管控制,實現(xiàn)被服務(wù)航天器的在軌維修,延長被服務(wù)航天器的工作壽命,達(dá)到資源的再利用。這種情況下,希望獲取細(xì)胞衛(wèi)星相對被服務(wù)航天器的安裝位姿確定,進(jìn)而在被服務(wù)航天器參考坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行航天器的質(zhì)量特性辨識及控制。本文合理假設(shè)被服務(wù)航天器其本體坐標(biāo)系的定義,航天器整體的外形結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量特性已知。采用點云配準(zhǔn)原理,將參考坐標(biāo)系下細(xì)胞衛(wèi)星的安裝位置與被服務(wù)航天器的結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行配準(zhǔn),確定被服務(wù)航天器相對于參考坐標(biāo)系的位置與姿態(tài),進(jìn)而確定細(xì)胞衛(wèi)星相對被服務(wù)航天器的安裝矩陣以及安裝位置�？紤]到細(xì)胞衛(wèi)星數(shù)量眾多,細(xì)胞衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)接口有限,單個細(xì)胞衛(wèi)星計算能力有限,選取中心節(jié)點接受數(shù)據(jù)并進(jìn)行辨識與配準(zhǔn)計算的方法不再適用。因此設(shè)計分級的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)計細(xì)胞衛(wèi)星交互式質(zhì)量特性辨識方法以及航天器位姿配準(zhǔn)方法。減小信息傳輸壓力和細(xì)胞衛(wèi)星的計算壓力。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V448.2
【部分圖文】：

計制造成本高，主要由于無法實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，存在大量況，因此實現(xiàn)衛(wèi)星的模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計及批量化生產(chǎn)是勢。低成本的重要手段是發(fā)展微納衛(wèi)星。然而，微納衛(wèi)星是以，難以滿足許多任務(wù)需求。為了克服傳統(tǒng)模式衛(wèi)星的在文獻(xiàn)[4, 5]中提出了細(xì)胞衛(wèi)星的概念，將星上的各個分系化，模塊化，可集成的細(xì)胞衛(wèi)星。細(xì)胞衛(wèi)星可以實現(xiàn)批量成本并且縮短研發(fā)周期。細(xì)胞衛(wèi)星設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和統(tǒng)了裝配和維護(hù)的難度。細(xì)胞衛(wèi)星相較于普通的模塊化衛(wèi)星，可以在入軌之后分離重構(gòu)完成不同的任務(wù)，還可以完成可以依附于其它受損的航天器，代替受損的元件及分系統(tǒng)廢棄航天器的重新利用。另外在戰(zhàn)爭、災(zāi)害等緊急情況下及時的更換替補(bǔ)細(xì)胞衛(wèi)星對受損的被服務(wù)航天器進(jìn)行搶修功能的載荷細(xì)胞衛(wèi)星提高了衛(wèi)星完成任務(wù)的靈活性，同時制造周期[7]。圖 1-1 為可重構(gòu)細(xì)胞衛(wèi)星裝配示意圖。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3.細(xì)胞衛(wèi)星（Satlet），Satlet 作為衛(wèi)星平臺以及載荷的組成部分，每個 Satlet均承擔(dān)衛(wèi)星的不同分系統(tǒng)功能，Satlet 需要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化接口，而且不同 Satlet 之間不僅需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，還需要保證熱控系統(tǒng)互聯(lián)以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將其集成到一起，完成完整衛(wèi)星的功能。該項目由 DARPA 分配給了不同的公司開展研究工作，分別由勞拉空間系統(tǒng)公司（Space Systems/Loral）、國際通信衛(wèi)星公司（Intelsat）以及極光飛行科學(xué)公司（Aurora Flight Sciences）負(fù)責(zé)研究細(xì)胞衛(wèi)星的質(zhì)量、大小、搭載發(fā)射問題，細(xì)胞衛(wèi)星的接口問題以及細(xì)胞衛(wèi)星的設(shè)計及集成。并且由麻省理工學(xué)院（MIT）對他們提高控制設(shè)計及推進(jìn)器技術(shù)支持。由噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）負(fù)責(zé)軟件開發(fā)及測試問題。如圖 1-5 至 1-7 分別介紹了 HISat 模塊，智能組裝機(jī)器人以及 HISat裝配集成示意圖。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3.細(xì)胞衛(wèi)星（Satlet），Satlet 作為衛(wèi)星平臺以及載荷的組成部分，每個 Satlet均承擔(dān)衛(wèi)星的不同分系統(tǒng)功能，Satlet 需要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化接口，而且不同 Satlet 之間不僅需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，還需要保證熱控系統(tǒng)互聯(lián)以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將其集成到一起，完成完整衛(wèi)星的功能。該項目由 DARPA 分配給了不同的公司開展研究工作，分別由勞拉空間系統(tǒng)公司（Space Systems/Loral）、國際通信衛(wèi)星公司（Intelsat）以及極光飛行科學(xué)公司（Aurora Flight Sciences）負(fù)責(zé)研究細(xì)胞衛(wèi)星的質(zhì)量、大小、搭載發(fā)射問題，細(xì)胞衛(wèi)星的接口問題以及細(xì)胞衛(wèi)星的設(shè)計及集成。并且由麻省理工學(xué)院（MIT）對他們提高控制設(shè)計及推進(jìn)器技術(shù)支持。由噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）負(fù)責(zé)軟件開發(fā)及測試問題。如圖 1-5 至 1-7 分別介紹了 HISat 模塊，智能組裝機(jī)器人以及 HISat裝配集成示意圖。

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本文編號：2808745