近幾十年來,隨著全球航天熱潮的興起,人類開展的航天活動逐年增多,航天器發(fā)射的數(shù)量和種類也是逐年攀升,與此同時,也相應(yīng)的產(chǎn)生了大量空間碎片,包括運載火箭殘骸、失效衛(wèi)星和空間飛行器碰撞等產(chǎn)生的碎片。隨著科技的的不斷進步,基于天基載荷的碎片觀測方式受到各國航天界越來越多的關(guān)注。相比于地基觀測,天基手段具有實時性更強的特點,而且受氣象條件和地理位置等的約束較小。視覺相機具有重量輕,體積小,精度高等特點,能夠提供針對目標(biāo)的高分辨率圖像,已成為航天器在軌服務(wù)、空間操控、交會對接行星車運行等任務(wù)測量導(dǎo)航的重要技術(shù)手段。根據(jù)是否使用被測物體的模型可以分為基于模型的和非基于模型的測量方法兩條路線。前者一般需要被測物體的模型或先驗知識,這類方法比較常見。非基于模型的測量法方不使用任何被測目標(biāo)的先驗信息,因此更具有挑戰(zhàn)性。而且空間碎片或者失效飛行器往往繞其慣性主軸做自旋運動,雖然處于一種自旋穩(wěn)定狀態(tài),但是對其運動狀態(tài)測量的難度相比靜止穩(wěn)定物體而言又增加了若干倍,主要體現(xiàn)在對目標(biāo)特征的快速提取和穩(wěn)定跟蹤以及重訪區(qū)域的閉環(huán)檢測和位姿優(yōu)化。針對以上難點本文主要從以下幾個方面進行了研究,具體內(nèi)容如下:針對非合作旋轉(zhuǎn)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

高軌航天器及碎片分布示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程博士學(xué)位論文-2-1.1.2低軌失效衛(wèi)星碰撞概率攀升自1957年以來，5500多次航天發(fā)射導(dǎo)致今天有超過23000個軌道碎片物體，其中只有約1300個工作衛(wèi)星，其余都是碎片。目前隨著小衛(wèi)星技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來在軌衛(wèi)星的數(shù)量將會成倍的增長。近地軌道空間將日益繁忙，與此同時也將帶來巨大的安全隱患。2020年我國在軌衛(wèi)星將超過200顆，即未來五年，我國每年發(fā)射的低軌衛(wèi)星數(shù)量均將超過10顆。按照低軌衛(wèi)星5年左右的設(shè)計壽命，每年我國都會有10顆以上、造價不菲的低軌衛(wèi)星到達壽命末期，進入故障頻發(fā)的、甚至失效的高風(fēng)險階段。這些航天器不僅無法完成既定任務(wù)，而且還會造成每年數(shù)十億人民幣的直接經(jīng)濟損失；同時面臨直接淪為大型空間碎片的巨大風(fēng)險，極有可能與其它航天器發(fā)生碰撞導(dǎo)致碎片大幅攀升，更是對正常運行航天器造成不可估量的直接威脅。從挽回經(jīng)濟損失、避免淪為碎片進而威脅正常衛(wèi)星運行等角度考慮，亟需對壽命末期或故障航天器進行清理，且應(yīng)當(dāng)考慮兩方面目標(biāo)：一是避免其形成大型碎片，威脅在軌衛(wèi)星；二是可以考慮使其功能重建、繼續(xù)服役，提升應(yīng)用效能。低軌失效衛(wèi)星的主動清除面臨迫切需求，且從經(jīng)濟性角度考慮，亟需突破傳統(tǒng)的“離軌再入”清除方式，實現(xiàn)失效衛(wèi)星的“再利用”。圖1-2低軌航天器及碎片分布示意圖Fig.1-2Distributiondiagramofloworbitspacecraftanddebrisdistribution

第1章緒論-3-綜上所述，一方面，失效航天器占據(jù)了寶貴的軌道資源，同時增加了航天器間發(fā)生碰撞的安全隱患；另一方面，失效航天器也形成了可觀的在軌再生資源。如果根據(jù)航天器不同的失效原因，采取相應(yīng)的在軌維護策略，幫助助其獲得重生，這將實現(xiàn)在軌資源的可重復(fù)利用，釋放日益緊張的有限軌道資源，降低空間系統(tǒng)的建設(shè)成本，縮短航天器研制周期，最終可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益的巨大提升[6]。1.2非合作航天器視覺測量技術(shù)研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀(1)國外失效衛(wèi)星主動清除的相關(guān)計劃歐空局太空碎片移除計劃(e.Deorbit)，該計劃屬于歐空局清潔太空倡議，目的在于移除800-1000km太陽同步軌道和極地軌道上的大質(zhì)量目標(biāo)。2012年開始，目前已經(jīng)完成初步分析，2015年6月轉(zhuǎn)入細(xì)節(jié)設(shè)計階段，計劃2021年發(fā)射。以大質(zhì)量非合作失效航天器為目標(biāo)，驗證多角度目標(biāo)觀測、多種抓捕方式的捕獲、脫軌技術(shù)與能力。圖1-3飛網(wǎng)目標(biāo)抓捕試驗過程示意Fig.1-3Flighttargetcapturetestprocessdiagram關(guān)鍵技術(shù)包括：非合作失效航天器的多角度觀測與測量、安全抵近、抓捕、組合體控制、離軌控制；機械臂、觸須、飛網(wǎng)、離子束引導(dǎo)等多種目標(biāo)抓捕方式。瑞士“清潔太空一號”，瑞士空間中心負(fù)責(zé)的“清潔太空一號”已經(jīng)在軌道上運行了五年，目前號稱已經(jīng)實現(xiàn)了第一個里程碑，經(jīng)過測試，已經(jīng)掌握了目標(biāo)捕獲系統(tǒng)的設(shè)計和操作方法。未來將在近地軌道上部署微納低成本清潔衛(wèi)星，推動空間碎片改變軌道，最后墜入大氣層燒毀。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]復(fù)雜環(huán)境下基于多特征融合的目標(biāo)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉明華.青島科技大學(xué) 2016
[2]移動機器人視覺同時定位與地圖構(gòu)建關(guān)鍵算法研究[D]. 吳俊君.華南理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]非合作航天器視覺位姿測量方法的研究[D]. 王志超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3582605