在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析

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1、第30卷第5期2011年10月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．30No．5oct．2011在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析’何孝港，李永斌(西昌卫星发射中心·四川西昌·615000)摘要：研究在轨服务航天器逼近与捕获目标航天器的相对轨道姿态耦舍动力学建模问题。考虑航天器姿态与对接位置的运动耦合，建立目标运行在任意轨道下的相对轨道姿态耦舍动力学模型，并对模型中的运动耦合进行深入分析。设计一种非线性的输出反馈姿态控制律，将建立耦舍动力学模型与CW方程进行仿真比较，验证轨道与姿

2、态的运动耦合对两航天器对接点之问相对位星的运动影响。关键词：在轨服务；交会对接；轨道姿态耦合；动力学建模；姿态控制；CW方程中图分类号：V412．4文献标识码：A文章编号：1674—5620(2011)05—0066—06RelativeMotionCoupledDynamicModelingandAnalysisofOn—OrbitServicingHEXiaogang，LIYongbin(XichangSatelliteLaunchCenter，Xichang，SichuanProvince615000)Abstract：Thi

3、spaperstudiescoupledrelativeorbitandattitudedynamicmodelingwhenanon-orbitservicingspace。craftapproachesandcapturesatargetspacecraft．Theattitudedynamicmodeloftheservicingspacecraftwithre。specttOthetargetisestablished．Takingintoconsiderationtherelativemotionbetweenthedoc

4、kingpositionandmasscenterofthetargetspacecraftaswellascoupledmotionbetweenspacecraftattitudeanddockingposition,COO—piedrelativeorbitandattitudedynamicmodelisestablishedwiththetargetinanarbitraryorbit．In-depthanalysisofthecoupledmotionofthemodelisgiven．Anonlinearoutputf

5、eedbackattitudecontrollawisdesignedandnumericalsimulationforthecoupleddynamicmodelandCWequationisperformedtOdemonstratethemotioneffectoftherela—tivepositionbetweenthedockingpointsofthetWOspacecraftinducedbymotioncouplingoforbitandattitude．Keywords：On-OrbitServicing；Ren

6、dezvousandDocking；CoupledOrbitandAttitude；DynamicModeling；AttitudeControl；CWEquationO引言在轨服务航天器对目标航天器进行检测、故障诊断、修复与物资输送等[1]时，很多时候都需要与目标进行自主交会对接[2]，从而完成指定的空间任务。在交会对接的逼近与捕获过程中，服务航天器与目标的相对轨道和姿态是耦合的。要准确安全地实现交会对接，就需要解决两对接航天器之间的相对轨道和姿态的耦合动力学建模与控制问题。对交会对接的研究，在最后靠拢阶段，轨道控制和姿态控制心3

7、都是分开设计的，很少考虑相对位置与姿态的运动耦合，尤其是两航天器相距越近，这种运动耦合的作用就越明显。相对轨道和姿态的耦合动力学与耦合控制研究是近些年才提出的，其中，Sebastian【3J针对编队飞行卫星，建立了相对位置姿态的耦合动力学模型，Pan和Kapila[4]在研究编队飞行卫星的动力学建模与控制时，推导了从星相对于主星的轨道姿态耦合动力学模型，并针对主星从星的质量和转动惯量都未知的情况，基于李亚普洛夫理论，设计了自适应非线性控制器。Pan等口吲针对没有线速度和角速度测量信息的编队卫星相对位置姿态耦合的跟踪控制问题，基于位置

8、和姿态的测量信息，设计了一个估计线速度和角速度的高通滤波器，并设计了非线性的反馈输出控制律。上述研t收稿El期：2011一02一12；修回El期：2011一04一06第一作者简介：何孝港(1979一)，男，硕士，工程师，研究方向为航天