近幾十年來(lái),隨著全球航天熱潮的興起,人類開(kāi)展的航天活動(dòng)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(shí),也相應(yīng)的產(chǎn)生了大量空間碎片,包括運(yùn)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(jìn)步,基于天基載荷的碎片觀測(cè)方式受到各國(guó)航天界越來(lái)越多的關(guān)注。相比于地基觀測(cè),天基手段具有實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的特點(diǎn),而且受氣象條件和地理位置等的約束較小。視覺(jué)相機(jī)具有重量輕,體積小,精度高等特點(diǎn),能夠提供針對(duì)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(huì)對(duì)接行星車(chē)運(yùn)行等任務(wù)測(cè)量導(dǎo)航的重要技術(shù)手段。根據(jù)是否使用被測(cè)物體的模型可以分為基于模型的和非基于模型的測(cè)量方法兩條路線。前者一般需要被測(cè)物體的模型或先驗(yàn)知識(shí),這類方法比較常見(jiàn)。非基于模型的測(cè)量法方不使用任何被測(cè)目標(biāo)的先驗(yàn)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(yùn)動(dòng),雖然處于一種自旋穩(wěn)定狀態(tài),但是對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)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(duì)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(cè)和位姿優(yōu)化。針對(duì)以上難點(diǎn)本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下:針對(duì)非合作旋轉(zhuǎn)... 

【文章來(lái)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(jí)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(lái)，5500多次航天發(fā)射導(dǎo)致今天有超過(guò)23000個(gè)軌道碎片物體，其中只有約1300個(gè)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(lái)在軌衛(wèi)星的數(shù)量將會(huì)成倍的增長(zhǎng)。近地軌道空間將日益繁忙，與此同時(shí)也將帶來(lái)巨大的安全隱患。2020年我國(guó)在軌衛(wèi)星將超過(guò)200顆，即未來(lái)五年，我國(guó)每年發(fā)射的低軌衛(wèi)星數(shù)量均將超過(guò)10顆。按照低軌衛(wèi)星5年左右的設(shè)計(jì)壽命，每年我國(guó)都會(huì)有10顆以上、造價(jià)不菲的低軌衛(wèi)星到達(dá)壽命末期，進(jìn)入故障頻發(fā)的、甚至失效的高風(fēng)險(xiǎn)階段。這些航天器不僅無(wú)法完成既定任務(wù)，而且還會(huì)造成每年數(shù)十億人民幣的直接經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)面臨直接淪為大型空間碎片的巨大風(fēng)險(xiǎn)，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(duì)正常運(yùn)行航天器造成不可估量的直接威脅。從挽回經(jīng)濟(jì)損失、避免淪為碎片進(jìn)而威脅正常衛(wèi)星運(yùn)行等角度考慮，亟需對(duì)壽命末期或故障航天器進(jìn)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(dòng)清除面臨迫切需求，且從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，亟需突破傳統(tǒng)的“離軌再入”清除方式，實(shí)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(shí)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(hù)策略，幫助助其獲得重生，這將實(shí)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的巨大提升[6]。1.2非合作航天器視覺(jué)測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀(1)國(guó)外失效衛(wèi)星主動(dòng)清除的相關(guān)計(jì)劃歐空局太空碎片移除計(jì)劃(e.Deorbit)，該計(jì)劃屬于歐空局清潔太空倡議，目的在于移除800-1000km太陽(yáng)同步軌道和極地軌道上的大質(zhì)量目標(biāo)。2012年開(kāi)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(jì)階段，計(jì)劃2021年發(fā)射。以大質(zhì)量非合作失效航天器為目標(biāo)，驗(yàn)證多角度目標(biāo)觀測(cè)、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(yàn)過(guò)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(cè)與測(cè)量、安全抵近、抓捕、組合體控制、離軌控制；機(jī)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(hào)”，瑞士空間中心負(fù)責(zé)的“清潔太空一號(hào)”已經(jīng)在軌道上運(yùn)行了五年，目前號(hào)稱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)里程碑，經(jīng)過(guò)測(cè)試，已經(jīng)掌握了目標(biāo)捕獲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作方法。未來(lái)將在近地軌道上部署微納低成本清潔衛(wèi)星，推動(dòng)空間碎片改變軌道，最后墜入大氣層燒毀。

【參考文獻(xiàn)】：
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(dòng)機(jī)器人視覺(jué)同時(shí)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(jué)位姿測(cè)量方法的研究[D]. 王志超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3582605