2022, Vol. 44
PDF
2. 西北工业大学航天学院智能机器人研究中心, 陕西 西安 710072;
3. 郑州轻工业大学电气信息工程学院, 河南 郑州 450002
2. Research Center for Intelligent Robotics, School of Astronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China;
3. School of Electrical and Information Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China
近年来，随着各国发往太空的卫星数目逐渐增加，失效卫星的数目也越来越多。根据欧洲航天局（European Space Agency，ESA）的最新报告[1]，截至2021年4月15日，太空中现存的卫星数目约为6900个，而其中仍在运行的卫星仅约4000个，失效卫星占比高达42%。失效卫星不仅浪费珍贵的轨位资源，且存在与其他卫星发生碰撞的可能，从而生成更多空间碎片，对近地空间活动造成更大威胁[2]。空间机器人接管控制技术是在轨服务中的一种新型的用于处理失效航天器的手段[3]。该技术是指利用空间机器人系统通过空间机械臂、对接装置或者其他设备，与目标航天器组成组合体或编队构形后，接管目标航天器的姿态或/和轨道控制功能，并利用自身的执行机构实现对目标航天器姿态或/和轨道的控制[4]。接管控制中所涉及的轨道机动和姿态调节，是在轨抓捕和在轨清除的主要技术架构[5]，可对带有高价值载荷的卫星进行拯救与延寿[6]，或对报废卫星进行移除，保持重要轨位资源的“活性”[7]。
本文根据空间机器人对航天器实施接管控制时手段的不同，将接管控制分为：刚性接管控制、绳系柔性接管控制和非接触式接管控制。而刚性接管控制又可分为机械臂接管和空间细胞机器人接管。其中机械臂刚性接管控制手段是利用空间机械臂对目标特殊位置进行抓捕，并与之形成组合体，随后对目标实施姿态接管操控，主要针对稳定或低速自旋目标；空间细胞机器人接管控制手段是在细胞机器人附着于目标航天器后，使用其自身的执行部件接管目标的轨道和姿态控制系统，延长其使用寿命。绳系柔性接管控制手段是通过抓捕目标太阳能帆板支架或其他突出部位，与目标形成组合体。可控制的目标对象的范围更广，且柔性系绳的存在使得操作过程的安全性大大增加。空间机器人非接触式接管控制手段，是指利用各种非接触力，如气体冲击、电磁力等，结合空间机器人技术，在不与目标发生物理接触的情况下，对其进行姿态或/和轨道的接管控制；该类手段可以对高速旋转的空间目标进行控制，且由于不与目标发生物理接触、无需复杂的同步机动，空间机器人可安全高效、节省燃料地完成对目标的控制。
本文对现有可行的目标接管控制手段进行了分析和总结，按照对目标操作方式的不同将各种手段分成了刚、柔和非接触3类，并分别针对各自的发展历程、目前状况以及优缺点等展开综述，为我国未来开展空间机器人接管控制技术的研究和实践提供参考。
2 刚性接管控制（Rigid takeover control）根据执行装置的不同，在不同任务场景和需求的情况下，刚性接管控制手段可细化为机械臂和细胞机器人2种，接下来分别对其进行综述。
2.1 机械臂刚性接管控制 2.1.1 研究现状及难点机械臂刚性接管控制手段是王明等[8]在空间机械臂操控技术的基础上，提出来的一种对空间目标航天器实施接管控制的手段。与该手段相关的技术是各类接管控制手段中成熟度最高的。其中，日本的ETS-Ⅶ（engineering test satellite-Ⅶ）项目[9]和美国的OE（Orbital Express）项目[10]着力于解决针对空间合作目标的各种技术问题，并取得了大量成果。目前各航天大国纷纷立项研究非合作目标中的相关技术，如德国的DEOS（Deutsche Orbital Servicing）项目[11]、欧洲航天局的SMART-OLEV（smart orbital life extension vehicle）项目[12]、美国的FREND（front-end robotics enabling near-term demonstration）项目[13]等。
基于自身的姿态稳定系统及其与平台基座之间的协调控制，空间机器人可对失效航天器实施姿态的接管控制。根据接管目标状态的不同，当前已有的研究可分为针对稳定目标的姿态接管控制和针对低速自旋目标的姿态接管控制。该手段的主要难点包括：组合体参数/构形等的突变和重构、基座重定向、组合体模型参数辨识、目标运动状态估计、动量消减以及机械臂路径规划与姿态协同控制等。
2.1.2 稳定目标姿态接管控制稳定目标姿态接管控制是指目标与空间机器人相对静止，抓捕完成后目标与空间机器人之间不具有相对速度和角速度，因此在此类目标接管控制中需要考虑机械臂构形变化与轨迹规划问题、碰撞力消减以及组合体质量/惯量的参数辨识等问题。西北工业大学黄攀峰等[6, 14-15]和王明等[8, 16]对姿态接管控制中所涉及的组合航天器质量/惯量特征参数突变、执行器的构形变化、控制系统重构及其控制量的重分配等关键问题展开研究，如图 1所示。哈尔滨工业大学的徐文福等[17-20]对目标姿态接管控制过程中的机械臂路径规划与基座重定向等问题进行了相关研究。在充分考虑空间机器人具有非完整约束的特性的情况下，通过合理设计空间机械臂的运动轨迹，在完成了接管目标姿态时，也同步保持空间机器人系统的基座稳定。接下来，针对机械臂轨迹规划中存在的奇异问题与约束问题，将轨迹规划问题转化为求解带约束的最优化问题，根据不同的约束条件定义代价函数，使用粒子群优化算法进行求解，提高了规划的鲁棒性与实效性，解决了空间机械臂的轨迹规划问题中由于系统模型的非线性以及变量的不可微所导致的轨迹规划求解难题。
|
图 1 双臂空间机器人姿态接管控制[15] Fig.1 Attitude takeover control with dual-arm space manipulators |
针对碰撞问题，陈钢等[21]在冲量原理的基础上，建立了使用空间机械臂捕获目标航天器过程的碰撞机理模型，并基于空间解析几何的方法实现了捕获过程的碰撞检测，最后设计了相应的运动分析算法。此后，北京航空航天大学谢冉等[22]基于零扰动冲击力分析，分别提出了“遍历法”和“解析法”，可求解姿态零扰动目标捕获方向。而针对具体的抓捕接管问题，为了降低碰撞激振对空间机械臂的影响，赵阳课题组[23]提出“动态抓捕域”的概念，并使用关节主动阻尼技术进行抓捕过程的控制，大大减小了抓捕过程的碰撞力最大值。吕跃勇等[24]针对非合作目标参数未知等特性，将反作用力矩视为广义干扰，提出使用超扭曲（super-twisting）观测器结合前馈补偿的非合作目标姿态接管控制方法。福州大学的陈力等[25-27]主要研究目标接管控制过程中碰撞冲击对组合体航天器的扰动问题，通过主动控制机械臂关节角，实现了在碰撞条件下的组合体航天器的姿态稳定操控，同时设计了结合神经网络方法的组合控制算法，解决了非合作目标接管控制中因碰撞造成的扰动以及目标信息缺失等难题。
在非合作目标质量/惯量特征参数辨识与组合体参数突变方面，韦文书等[28]以推力器为激励源，基于动量定理和非线性规划方法对目标航天器的多个动力学参数进行了参数辨识；最后，使用自身的执行部件对目标实施了自主稳定操控，消弭了因捕获目标导致系统质量特性参数发生突变所带来的不利影响。倪智宇等[29]基于子空间方法对系统模型进行线性化，并进一步解耦了柔性机械臂中的结构振动和机构运动，辨识出系统的频率特性参数，同时得到分块矩阵，最终更加快速地获得目标的质量参数。
综上，在使用空间机器人对稳定目标进行姿态接管控制时，主要有2种途径：(1) 基于协同控制原理，通过空间机械臂的路径规划与基座姿态控制器的协同，实现组合体姿态的接管控制；(2) 通过对组合体系统的参数辨识，获得其质量特性参数，结合控制系统重构与控制力矩重分配的方法，实现接管控制。
2.1.3 自旋目标姿态接管控制与稳态目标不同，低速自旋目标与机器人之间存在相对运动，因此在此类目标的接管控制中需要考虑目标运动状态估计、动量消减以及机械臂轨迹规划与姿态协同控制等问题。
要想对自旋目标航天器进行动量消减和协同控制，需要获得准确的目标动量值。而自旋目标的运动学和动力学参数往往是未知的，这就使得对自旋目标的相关参数的准确估计变得尤为重要。Aghili等[30-31]建立了针对空间机械臂捕获自旋目标航天器过程的动力学模型，并在此基础上，使用扩展卡尔曼滤波器对目标的状态信息进行估计，获得了动力学参数未知的目标的状态信息，并对捕获过程的最优接触点与接触条件进行了研究。但是该方法需要预先估计测量噪声与过程噪声的协方差，对实际空间任务的可实施性较差。在此基础上，韩冬等[32]提出了时/频域混合估计方法，通过将目标运动分解为平动与转动，分别采用离散傅里叶变换与扩展有限冲击响应滤波器，避免了因噪声累加效应所导致的滤波器发散问题，降低了时域的状态估计量，同时有效地提高了捕获过程的快速性与鲁棒性。李梁等[33]在自适应理论的基础上，实现了目标运动速度的估计以及目标状态跟踪的收敛，保证了双机械臂能同时捕获目标航天器。
对于动量消减问题，日本东北大学的Dimitrov等[34-37]在动量消减与基座姿态保持方向展开研究，提出了利用偏置动量分配的方法解决自旋目标的动量吸收问题，如图 2所示。以自旋目标为研究对象，根据动量守恒原理，采用反作用轮作为执行机构，在零反作用空间控制机械臂运动，目标的动量传递给空间机器人基座，空间机器人基座通过预置反作用轮的偏置动量对目标动量进行吸收，以实现对自旋目标的姿态接管控制，在实现动量管理的同时不影响本体姿态。但是，该方法需要预先对目标转动惯量以及转速进行辨识，并且受到机械臂关节数量与执行机构饱和限制的影响。Nishida[38]设计了减速刷作为消旋装置，并采用关节柔顺控制（joint compliant control）方法控制机械臂末端接触力，通过减速刷与目标的摩擦完成对目标的姿态稳定接管控制。在此基础上，赵阳课题组[39]设计了一种柔性减速刷机构，并使用计算力矩法结合滑模控制理论，解决了空间机械臂的末端参数未知问题，实现了对目标物体的柔性动量消减。同样的，Matunaga[40]采用了弹性球作为末端消旋装置，通过控制弹性球与目标体或太阳能帆板支架的接触力，减小目标旋转速度。Chen[41]提出了同步考虑消旋与空间机器人平台稳定的思想，采用球形减速器，利用摩擦力实现对球形目标的姿态操控，同时应用扩展雅可比矩阵法使空间机器人平台保持稳定。Liu[42]考虑了目标柔性部分对消旋的影响，提出了柔性杆作为消旋装置，可以完成对复杂结构目标的姿态稳定接管控制任务。
|
图 2 单臂空间机器人姿态接管控制[34] Fig.2 Attitude takeover control with single-arm space manipulators |
在机械臂路径规划与姿态协同控制方面，西北工业大学王明明等[43-44]提出了将目标的终端位姿与消旋时间作为优化函数的最优化路径规划方法。利用冗余空间机械臂的运动学存在多解的情况，使用4阶贝塞尔曲线对机械臂运动轨迹进行参数化处理，并采用自适应差分进化（differential evolution，DE）算法计算出给定约束条件下的抓捕后最优消旋和轨迹规划策略；同时在优化目标函数中加入了消旋时间和控制力矩，获得了末端执行器对自旋目标进行消旋时的最优期望轨迹；进一步提出了一种协调控制策略，可以跟踪期望最优姿态轨迹，且同时实现自旋目标的初始角速度的抑制和空间机器人基座姿态的稳定。Flores-Abad等[45-46]设计了最优控制策略以实现对基座的扰动最小化，该策略考虑了初始与终端边界条件的不确定性。Zhang等[47]采用协调稳定控制方法解决初始动量未知的大惯量目标的姿态接管控制问题，该方法包含动量消减与动量分配2个过程。其中，动量消减是采用空间机器人自身的推力系统消减目标的动量；在完成动量消减之后，通过机械臂运动与反作用轮存储剩余动量，采用改进的自适应滑模控制方法解决目标动量不确定性问题，提高了系统稳定的收敛速度。
2.2 细胞机器人接管控制 2.2.1 研究现状及难点细胞机器人接管控制手段是常海涛等[48]于2016年基于Tanaka等[49]的细胞卫星概念，并综合凤凰计划（Phoenix Project）[50]和iBOSS（intelligent building blocks for on-orbit-satellite servicing）计划[51]提出的一种接管控制手段。该手段的主要难点在于期望控制量冗余配置的控制分配、目标参数未知、细胞间的信息融合等问题。
2.2.2 细胞机器人接管控制为了适应航天发展的需求，常海涛等[52]提出一种可用于完成各类航天器系统重构及在轨操作的空间细胞机器人（cellular space robot，CSR）系统，见图 3[53]。其中，空间非合作航天器的接管控制是空间细胞机器人的一个主要任务，其任务过程大致是：首先空间细胞机器人附着于非合作目标，与之形成新的组合航天器，随后，空间细胞机器人利用自身的姿态与轨道控制系统，接管目标的姿态与轨道控制系统，实现空间失效目标的延寿或移除。CSR可以替代原始的姿态控制系统，与诸如OLEV[12]之类的整体式服务航天器相比，由于其配置的灵活性，通过CSR进行的接管控制手段适用于具有不同尺寸的目标航天器，并为空间服务提供了替代解决方案。
|
图 3 空间细胞机器人的概念[53] Fig.3 Concept of cellular space robot |
2006年，Tanaka等[49]首次提出了细胞卫星的概念，开启了空间系统模块化、集成化的研究。该团队研究人员以典型子系统为基准，将卫星拆分为多个标准化的“细胞”，对其进行合理的组合与装配，便可组成集成卫星。随后美国国防部高级研究计划局（DARPA）和德国宇航中心（DLR）分别针对这一构想制定了凤凰计划[50]（见图 4）和iBOSS计划[51]，以验证卫星模块化设计及在轨装配等相关技术。这些项目对空间细胞机器人的研究意义重大，是相关研究的有力支撑。2016年，黄攀峰等[54]提出可重构细胞卫星技术，并分别针对可重构细胞卫星技术涉及到的各项关键技术进行了综述，最后该综述确定了空间细胞卫星研究中待解决的主要技术与理论问题，并给出了未来发展建议。在以上项目和研究的基础上发展出的空间细胞机器人能与目标航天器连接，并形成组合体，完成包括接管控制在内的在轨服务任务[48]。
|
图 4 DARPA凤凰计划的概念[55] Fig.4 Concept of DARPA Phoenix Project |
在使用细胞机器人对大型目标进行接管控制时，首要解决的问题是执行器细胞的冗余配置。这一问题的原因是单个空间细胞机器人的个体较小，执行能力有限。为了确保空间机器人系统具备充足的控制能力，需要进行冗余配置，此时就需要对期望控制量进行控制分配，保证空间机器人接管控制过程的实现。针对该冗余控制分配问题，常海涛等[48]根据一种先进行拍卖分配、后进行一致协商的一致性组合算法（consensus based bundle algorithm，CBBA），设计了空间细胞机器人的接管控制分配算法，实现了接管控制过程中分布和异步的控制分配计算。随后该团队研究人员考虑到集中式算法在高可靠要求、通信负载限制以及能量平衡要求下难以实施，提出了一种针对空间细胞机器人的分布式控制分配算法。该算法不需要中央单元处理来自执行器细胞的数据，从而减轻了计算负担并降低了通信负载，如图 5所示。此外文[53]还引入了能量平衡因子以描述仅具有局部信息的细胞的能量值。哈尔滨工业大学田嘉旭[56]提出一种只需保证当前细胞与邻接细胞的交互，即可实现控制量的分配，并得出下一级的控制执行指令的分配算法。韩楠等[57-58]提出了一种基于多颗微小卫星并行学习合作博弈的控制策略，使得各细胞星能独立计算出实现失效卫星姿态接管控制的协同控制律，能在不计算控制分配的条件下，接管非合作目标的姿态控制系统，且计算量不受细胞星数目影响。
|
图 5 细胞的通信拓扑图[53] Fig.5 Communication topology of cells |
另外，考虑到目标通常是不合作的，空间细胞机器人系统的参数是未知的。因此，系统参数的辨识对于接管控制至关重要。针对这一问题，常海涛等[59]提出了一种交互模型识别算法来解决分布式的参数识别问题，其提出的交互式模型识别方法可以实现细胞机器人的共识和收敛。哈尔滨工业大学刘姝[60]以细胞机器人自身的参考坐标系为基准，通过坐标变换，使细胞机器人的各种测量及输出参数转换至该坐标系下，并在其内进行航天器质量参数辨识，实现了细胞机器人在自身安装位置和安装矩阵未知情况下的系统质量参数辨识。
目前使用空间细胞机器人进行目标轨道与姿态接管控制的相关研究还处在初始阶段，仍有许多理论及应用问题有待解决。除了继续深入研究空间细胞机器人的控制问题以外，未来也应在其信息融合、遥操作及构形优化上进行深入分析与研究。
3 绳系柔性接管控制（Tethered flexible takeover control） 3.1 研究现状及难点自1895年柴可夫斯基于提出空间系绳后，空间系绳便在许多空间操控任务中得到应用[61]。基于绳系接管控制手段是绳系操控技术的新应用场景。该手段主要利用系绳的柔性特性，可在保证空间平台安全的前提下，对各类目标进行接管控制。根据柔性绳系操控方式结构的不同，当前主流的绳系柔性接管手段可分为空间绳系拖船、空间绳系机器人和空间飞网机器人3种。其中空间绳系拖船目前尚处于理论研究阶段，空间绳系机器人的相关技术已在欧洲航天局（ESA）的Roger计划[62]中立项研究，而空间飞网机器人已完成在轨飞行验证[63]。目前绳系柔性接管控制手段的主要难点有：系绳防缠绕设计、防碰撞设计、构形保持及目标稳定控制等问题，接下来将分别对其进行介绍。
3.2 空间绳系拖船接管控制Aleina等[64]给出了可重复使用太空拖船系统的概念及任务流程设计，通过反复迭代和递归的设计方法，给出了需求评估和预算制定的详细过程。Aslanov等[65]研究了一类由太空拖船通过空间弹性系绳与空间碎片连接而成的空间绳系系统的运动学与动力学，见图 6。该绳系系统是由太空拖船的推力提供动力，研究了系统的初始条件和相关参数对空间碎片动力学特性的影响，并以数值仿真的方式模拟了极端情况可能会导致的系绳缠绕现象。在利用太空拖船完成大型空间碎片拖曳过程中，碎片会严重影响系绳和太空拖船的运动状态，甚至会导致整个绳系系统失控。Aslanov等[66-67]还研究了拖船系统在拖船推力、气动力以及重力梯度力矩作用下的运动特性。此外，还研究了剩余燃料对太空拖船系统拖曳过程中的动力学特性的影响。Sun等[68]研究了在轨道机动过程中，因燃料消耗导致的质量变化对绳系系统稳定性和天平动特性的影响，并得出了同时考虑质量变化和轨道漂移的动力学方程。刘贺龙等[69]研究了利用太空拖船拖曳目标过程中的动力学特性，建立了带偏置点的拖曳离轨系统构形；并估算出系统的平衡点，确定了绳系拖拽离轨系统的动力学行为。
|
图 6 空间绳系拖船－碎片系统[67] Fig.6 The tethered space tug-debris system |
Kang等[70]针对目标捕获后阶段，研究了利用太空拖船实现大型空间目标消旋过程中的动力学和稳定控制问题，并基于其提出的空间绳系拖船系统的无量纲化模型，设计了3种不同的消旋操控策略。仿真结果表明：快速旋转目标可以在有限时间内通过小推力拖船、以及系绳长度的调整，降低速度。其中，切向推力在消旋稳定控制过程中起主要作用，而法向推力主要用来抑制系绳与目标之间的缠绕现象发生。随后，Kang等[71]还采用线性化方法，设计了一种PD（比例－微分）解耦控制律，仅利用单根系绳张力和拖船推力，即可在有限时间内完成大尺寸空间目标的消旋稳定。Qi等[72]提出双绳系太空拖船的概念，并分析了拖曳过程中的动力学特性和稳定控制问题，通过理论分析和数值仿真结合的方式获得了双绳系拖船系统的纵向平衡点。接下来，针对旋转目标的消旋稳定问题，设计了2种控制律，并评估了2种控制律对系统动态特性的影响。Wen等[73]考虑了系绳张力非负性和有界性的约束，仅借助于系绳长度的量测信息，设计了基于弹性势能和发射阻尼的张力控制律，并有效地稳定了轨道转移过程中空间绳系拖船与碎片之间的相对位置。Zhang等[74]研究了太空拖船系统的动力学和偏置控制问题，首先建立了精确的拖船系统动力学模型，并在模型简化的基础上给出了系统的平衡点配置，接下来通过调节系绳偏置点和长度来实现空间碎片的消旋稳定控制，最后设计了相应法则来估计利用系绳实现空间碎片消旋的能力。
Zhong等[75]研究了用太空拖船实现目标拖曳过程中的推力调节的问题，将拖船和目标视为刚体，将系绳近似处理为一系列可拉伸不可压缩的铰链杆，并借鉴最优控制和神经网络终端滑模控制的思想，通过拖船的推力来实现被拖曳目标的姿态稳定；其中，作用在太空绳系拖船上的系绳张力力矩可由拖船自身的姿态控制系统进行实时补偿。Zhang等[76]研究了仅利用系绳张力实现太空拖船系统的位置/姿态稳定控制的问题，并基于Takagi-Sugeno模糊控制策略，设计了拖船的导引和控制律。张倩文[77]研究了太空拖船在轨稳定与拖曳变轨时的控制方法。为实现系统的位置/姿态状态变化，设计了基于波形的控制方法，可有效避免碰撞现象发生。孟中杰等[78]针对系绳拖曳旋转目标时出现的系绳摆动问题，设计了一种基于阻抗控制的摆动抑制控制律，可有效避免系绳缠绕现象的发生。Zhao等[79]研究了非共面轨道转移过程中，常推力作用下空间绳系拖船的闭环姿态最优控制问题，在闭环最优控制的最后加入了分层有限时间跟踪控制器，减小了最终时刻的控制误差。
3.3 空间绳系机器人接管控制为了实现地球同步轨道（geosynchronous orbit，GEO）上的失效卫星捕获、稳定和拖曳离轨等任务，欧洲航天局于2003年提出了Roger计划，空间绳系机器人的概念由此而生。黄攀峰等[80]对空间绳系机器人系统进行了详述，并将该系统分为空间平台、空间系绳以及绳系机器人3个部分，其系统组成示意图如图 7所示。其中，绳系机器人用于逼近并在目标的特定位置进行抓捕；空间平台上安装有系绳张力控制系统（见图 8），可用于执行捕获后目标的辅助姿态稳定控制；空间系绳在绳系机器人抓捕阶段可用于保证机器人的安全，捕获后可提供目标拖曳所需的拉力。空间绳系机器人系统的操控范围可达数百米，与传统空间机械臂操控系统相比，这一范围得到了极大的拓展；由于系绳的柔软特性，当绳系机器人完成目标捕获后，空间平台与目标之间的耦合性小，增强了平台的安全性；当系绳与目标纠缠在一起时，绳系机器人上自带的断绳机构可剪断系绳，维护系统的安全性。黄攀峰团队[81]针对空间绳系机器人中的各项关键技术开展研究，研制了国内首款空间绳系机器人系统样机，可实现旋转速度大于等于10
|
图 7 空间绳系机器人系统组成示意图[80] Fig.7 The composition diagram of the tethered space robot system |
|
图 8 系绳张力控制系统原理图[81] Fig.8 Schematic of the control system of tether tension |
黄攀峰等[81]给出了空间绳系机器人系统的详细设计流程，包括机械系统、综合电子系统、电源系统、推进系统以及系绳张力系统设计，并给出了部分关键技术的地面实验验证结果。针对空间绳系机器人系统难以高效准确找到非合作目标上合适的抓取位置的问题，Chen等[82]提出了一种在提取抓捕区域之前先进行预测的未知目标特定抓捕部位的定位方法，显著缩小抓捕区域的搜索范围，提高了抓捕位置确定的准确性和效率。此外，Chen等[83]还提出了一种基于点－线特征的线型匹配方法，仅利用目标的邻域信息，即可实现卫星帆板支架上低纹理线条的自动匹配问题。
针对空间绳系机器人系统在进行目标捕获时的稳定控制问题，黄攀峰等[84]提出了一种基于位置的阻抗控制方法，设计了神经网络用于估计和补偿陀螺捷联惯导系统动态模型中的不确定性，实现目标捕获过程中绳系机器人的稳定跟踪。在利用空间绳系机器人系统进行捕获后目标的稳定操控问题上，鲁迎波等[85]提出了一种考虑控制输入约束、系绳振荡和系绳张力干扰的双闭环终端滑模控制方法，用于空间绳系机器人系统对非合作目标的姿态接管控制。此外，鲁迎波等[86]还考虑了捕获后组合体的模型不确定性、输入饱和及状态约束的影响，提出了一种结合障碍李雅普诺夫函数的神经网络动态面控制方法，可以保证捕获后目标不违反状态约束，且闭环系统渐近稳定。黄攀峰等[87]设计了一种协调控制策略，将设计的控制律分配至绳系空间机械臂、系绳以及推力器上，完成捕获后组合体的消旋稳定控制。黄攀峰等[88]提出了一种协调鲁棒自适应反步控制方法，通过辅助系统和最优控制器获得了更优的推力器抗饱和效果，且能更快地实现组合体的姿态稳定。
3.4 空间飞网机器人接管控制空间飞网机器人主要是利用节点机动单元的弹射以及收口实现飞网的展开和合拢，相比空间绳系机器人而言，可以对空间目标进行大包络捕获，具有更大的捕获区域，且对控制精度的要求低。空间飞网机器人主要由空间平台、飞网、收口质量块3部分组成，其结构示意图见图 9。现有的研究多集中在飞网构形保持及利用飞网实现目标捕获过程中的碰撞稳定控制方面。
|
图 9 空间飞网机器人结构组成[89] Fig.9 Structure composition of the tethered space net robot |
孟中杰等[90]针对一类自主飞行的飞网机器人的机理建模和网形保持问题，利用哈密顿函数建立其机理模型，并设计了针对该模型的快速解算方法；随后提出了一种动态逆和变结构的内外环控制方法，可保持飞网机器人的网形。张帆[91]针对一类带有4个自主机动单元的空间飞网机器人运动特性进行了分析，探讨了无控制输入情况下网形折叠形式、以及初始时刻自主单元的弹射条件对网形展开特性的影响；而后针对连接主系绳与外部扰动的影响，提出了一种结合自适应模糊逼近器的超扭曲滑动模态控制算法，在减小控制器抖振的同时满足了飞网机器人展开过程中的精准控制要求。针对飞网机器人对目标进行逼近时的控制问题，马骏等[92]在集中质量法的基础上完成了逼近过程的机理模型建立，并进行了整个逼近过程中的飞网网形变化情况的模拟仿真，最后提出一种基于主从跟踪的网形控制方法，实现了良好的网形控制。翟光等[93]为降低碰撞问题对飞网机器人捕获目标的影响，同时考虑轨道机动时燃料消耗的因素，设计出一种基于多脉冲飞掠方法的飞网机器人对目标捕获过程的安全逼近飞行策略。Botta等[94]研究了飞网在展开和捕获目标阶段，飞网弯曲刚度对飞网动力学特性和计算效率的影响。Botta等[95]基于集中质量建模法对空间飞网与不同碎片的碰撞机理进行了建模，其中空间飞网的法向接触力模型通过柔顺法建立，并采用改进的阻尼毛刷模型来近似补偿摩擦力。最后在微重力和真空环境下对圆柱形碎片的飞网捕获进行了模拟仿真，评估了不同接触力模型对捕获效果的影响。此外，Botta等[96]还评估了多种任务场景下利用飞网捕获目标的实施效果，采用集中参数法建立了飞网捕获动力学模型，考虑了飞网的弯曲刚度、空间碎片的刚体模型、以及正则化的接触动力学模型的影响。Sharf等[97]设计了一种飞网收口机构，并进行了系统仿真和地面实验环境测试。Shan等[98]研究了飞网在展开阶段的动力学特性分析，确定了最大网形、展开时间、行进距离、以及有效时间等4个重要参数，并给出了初始发射条件对上述4个参数的影响。此外，Shan等[63]还采用弹簧质量及ANCF（absolute nodal coordinates formulation）法对飞网和目标之间的碰撞作用机理进行了建模，并给出了在轨飞行验证，首次验证了自由飘浮目标和翻滚目标的飞网捕获。O'Connor等[99]利用空间飞网和一根弹性绳来实现空间碎片的消旋控制，设计了一种简单的控制策略，取得良好的控制效果。
4 非接触式接管控制（Contactless takeover control） 4.1 研究现状及难点随着太空环境日益复杂、轨道环境愈发恶劣，针对形状复杂且高速旋转的空间目标难以直接抓捕和操控的问题，各国研究人员提出了各种无需抓捕也可对目标进行操控的非接触式接管控制手段。本文主要介绍其中研究较多的COBRA（contactless debris aiction）手段[100]、静电场源手段[101]、磁场源手段[102]。目前COBRA手段已在欧洲航天局e.Deorbit项目立项，且发布了整合期的成果报告[103]；磁场源手段已在Agora[104]任务中立项，且预计最迟于2025年完成。静电场源手段尚处于理论研究中。非接触式接管控制手段的主要难点包括：作用机理模型复杂、技术实现成本高、控制策略设计难等。
4.2 气体冲击接管控制欧洲航天局在COBRA中首次提到可使用气体冲击的方式对空间碎片进行操控[105]。随后，Peters等[100]将COBRA作为一种非接触式的接管控制手段，用于接管和控制空间目标的姿态。该手段主要通过化学推力器废气与目标卫星之间的相互作用来控制非合作卫星的姿态。COBRA是一种主要针对空间大目标的姿态接管控制手段，可根据物体的几何形状、质量参数及初始旋转状态不同，采取不同构形完成对空间目标的姿态接管控制。根据目标形体状态的不同，其在目标上产生力矩作用的效果可以分为2种情况。其一，对具有不对称形状的目标物体，推力器喷嘴喷出的气体羽流直接指向目标的质心，来给目标施加控制力矩。其二，使气体羽流指向远离目标质心的方向，这样即使目标是对称的，目标表面上的羽流压力分布相对于目标质心也是不对称的，同样可以产生力矩。综合这两种情况即可保证对任意目标的可控性[100]。
COBRA概念最初是以修正目标对象轨道为目的而提出的[106]，且在该研究中提到了对目标进行姿态控制的可能性。其研究结果表明，虽然该方法可以进行轨道修改，但需要相当高的速度增量（
|
图 10 DSMC分析羽流对火箭头的撞击[108] Fig.10 DSMC analysis of plume impact on the rocket head |
由于Ferrari和Benvenuto等[107]的研究未涉及控制问题，也没给出进行气体羽流冲击所需要的速度增量，因此存在一定的局限性。Peters和Olmos等[100]提出使用COBRA对目标进行姿态控制时主要有2种控制动作，分别由推力器的开关控制动作和推力器对目标特定区域的指向控制组成，并在此基础上，根据目标是否为对称体，设计了2种控制策略。这2个控制策略之间的差异体现在推力器指向上，它们都是针对对称目标而展开的，其中图 11展示了推力器的几何指向。在第1种策略中，服务空间机器人将推力器指向垂直于期望力矩的直线上的点。第2种策略遵循这样的要求：首先根据力矩角等于期望力矩角构造一条曲线，之后在这个曲面上找到最大的力矩，从而决定推力器的指向。在完成控制策略设计后，Peters等[100]还建立了羽流冲击模型，并使用更详细的目标结构框架，通过DSMC软件进行了演示，并给出了闭环仿真框架。
|
图 11 推力器几何指向[100] Fig.11 Geometric direction of the thruster |
随后，国内哈尔滨工业大学的姜力维等[110]以空间机器人操作气体冲击的方法对空间非合作目标进行姿态控制，并在空间机器人技术的基础上提出了一种气体冲击消旋稳定控制策略。此外，中国空间技术研究院电信卫星研究所Liu等[111]在文[100]的基础上，研究了太阳能电池板以一定角度倾斜时气体冲击消旋技术的指向控制策略，并设计了一种基于优化的指向策略，给出了该情形下的基本解决方案，最后设计了一个瞬态仿真框架来验证该策略。图 12为该策略下的喷嘴位置和姿态几何形状。结果表明，该指向策略在太阳能电池板倾斜的情况下是有效的，为复杂场景下的消旋提供了初步结论。
|
图 12 喷嘴位置和姿态几何表示[111] Fig.12 representation of position and attitude of the nozzle |
COBRA是一种除了需要满足与空间碎片交会所需的基本条件外，几乎不需要任何硬件或新技术的方法。如果服务机器人维持在固定点不动，那么它只能实现2轴姿态控制；如果围绕目标飞行，那么它可以实现3轴姿态控制。该方法不需要空间服务机器人携带新的硬件或技术，仅使用推力器即可实现对目标的操控。但其也存在明显的不足：在控制过程中，气体从推力器喷出后会在空间中发散，这将加剧推进剂的消耗。采用羽流喷射的方式，需要精准掌握喷射的方式，同时还需要对目标构形和运动状态有精确的了解，否则可能会导致强烈的偏离运动。此外，羽流效应还会对空间环境造成二次污染，对当前在轨运行卫星的安全造成不良影响[112]。根据文[100]的初步仿真结果，该方法可以在150 min内，将相对距离为20 m、质量为8 t的目标的旋转角速度从5
静电场源接管控制方法是一种可以同时对目标进行姿态和轨道控制的非接触控制方法。航天器上一般覆盖有外部导电聚酯薄膜护套，这使得对目标施加静电力成为可能，且由于施加的静电力维持在毫牛（mN）量级，既不会破坏聚脂薄膜护套的完整性，也不会使其脱离目标。使用静电场源进行接管控制的基本原理是：首先空间服务机器人通过电子枪等电子发射装置向目标物体喷射电子，使目标带负电；与此同时，将空间服务机器人本体的正离子或者电子向太空中发射，使其本体带负电或正电，通过这种方式调整本体的电场；当空间目标物体在空间服务机器人构造的电场中运动时，会受到库仑力作用，产生非接触控制力和力矩，从而达到对目标的非接触式姿态和轨道控制的目的[113]。使用静电场源进行控制可以在不与目标发生接触的情况下，对目标的姿态和轨道同时进行接管控制。控制过程不需额外的化学燃料，且不会对目标造成物理损伤。但是由于德拜半径的限制，该方法只能在高轨或深空环境中使用，且目前的理论研究尚不够深入，需进一步探索。
Cover等[114]早在1966年就提出了太空中的静电驱动的概念。该研究显示在GEO区域只需非常低的电流和瓦特级功率，就能在空间目标上保持非平衡电位。这种驱动模式几乎不需消耗推进剂。King等[115]在2003年重申了在GEO上使用库仑力驱动卫星的优点，并研究了在相距数十米时使用库仑力控制卫星相对运动的前景。与此同时，在文[116]中首次提到了使用静电转矩进行姿态控制的前景，但由于静电转矩的建模过于复杂，因此没有做姿态动力学模拟。Stevenson等[117]于2013年提出一种用于3维形状航天器的多球方法（multisphere method，MSM），简化了静电转矩的模型，如图 13所示。该方法假定2个物体都具有导电的外表面，且利用主动充/放电装置维持表面电势恒定。通过一系列球体对航天器进行离散化，且所有球体都保持与航天器相同的电势。最后使用与球体的位置相关的电容模型，静电力估计可以简化为线性代数问题，在几分之一秒内即可解决，因此可用于实时快速动态仿真。
|
图 13 圆柱球构形的3球MSM方法[118] Fig.13 Three-sphere MSM method for cylinder-sphere configuration |
随后，美国科罗拉多大学的研究人员Bennett等[101]使用MSM方法在非球形物体之间计算简化的静电力和力矩模型，且使用李雅普诺夫理论提出了以航天器自身的电势作为控制变量的失效目标姿态稳定控制方法。仿真结果表明，该方法在与目标保持15 m的相对距离的情况下，使用20 kV的充电电压，可将235.6 kg的目标在275 h内，从初始角速度2
|
图 14 带电姿态控制的实验装置图[121] Fig.14 Diagram of experimental apparatus for charged attitude control |
目前，使用静电场源进行接管控制的手段尚需要进行更深入的理论研究。未来将在德拜长度最合适的GEO环境下，构建更普遍的3维形状物体模型，并设计相应的控制策略。当增加柔性部件以及基于残余推力动力学的复杂模型时，随着复杂性的增加，谐振现象也随即发生，因此还需要研究刚体动力学及共振问题。
4.4 磁场源接管控制由于目前卫星多采用非磁性的金属材料制成，这为使用磁场源进行接管控制提供了必要的条件。各类使用磁场源进行接管控制的方法的物理原理大致为：带导电材料的空间目标在静磁场内相对运动时，其表面会出现感应涡电流，而在磁场作用下，带电流的空间目标会受到电磁力的作用。而根据楞次定律，该电磁力的作用方向总是保持与目标的运动反向，从而可以实现对目标姿态的稳定接管控制。该方式的接管控制，使得空间服务机器人与目标组成双星编队，目标的转速在涡电流的作用下逐渐变化，直至两者的相对角速度为0。相比其他操控方式，该手段适用于更为广泛的轨道范围，且能在不与目标发生物理接触、无燃料消耗的情况下，调节任意形状目标卫星的旋转角速度和姿态[122]，且不需要目标姿态和角速度的精确测量信息，操作简单、方便，但是需要空间服务机器人上携带有专门的用于产生磁场的装置。
美国肯塔基大学Kadaba等[123]在20世纪90年代首次提出利用磁场在旋转卫星上产生涡电流的原理来消除卫星角速度的想法，建立了以电流环、条形磁铁、U形电磁铁为磁场源时所产生的空间磁场的模型，并给出了各种情况下的设计参数，论证了使用磁场进行目标姿态控制的可能性。在此基础上，Reinhardt[122]和Sugai[124]分别设计了空间非合作目标做单轴旋转运动及翻滚运动的涡电流力矩稳定控制方案，见图 15。综合2个方案后，得出了对于任意旋转状态的目标，可以先对其章动角进行消减，使其由任意旋转状态变为单轴自旋，最后通过变换磁场源产生的磁场方向使之垂直于空间目标的自旋轴，从而实现对空间目标旋转角速度的消旋。
|
图 15 日本JAXA磁场涡流控制系统实验设备图[124] Fig.15 Experimental equipment of Japan JAXA eddy current control system |
Praly等[125]以火箭发射器上面级（upper stage）为研究对象，研究了涡流消旋对其作用效果，并使用有限元方法对偏微分方程进行数值求解，计算出了各种基本形体目标的消旋力矩，但并没有给出该方法的计算效率。Gómez [126-127]在分析前人研究的基础上，总结出了电磁涡流控制的磁场张量模型，推导了电磁涡流控制的动力学方程以及控制模型，还提出了超导涡流控制的概念，并设计出了相应的超导线圈装置，其所提出的电磁涡流控制方法如图 16所示；此外，该团队还针对地磁场对目标角速度的影响做了相应的研究。Gómez团队给出了涡流姿态控制研究的一个基本框架，但是关于磁场张量模型的适用范围以及超导磁体的设计方案还需要进一步验证和优化。Jankovic等[104]提出了新的控制系统，并在传统的服务空间机器人控制系统的基础上，对含有目标姿态稳定控制阶段的控制系统做了具体的概念设计，为后续将电磁涡流姿态控制应用于空间目标提供了理论准备。
|
图 16 英国南安普顿大学的电磁涡流控制方法[127] Fig.16 Electromagnetic eddy current control method of Southampton University of UK |
国内对基于电磁涡流原理进行空间目标操控的研究相对较晚，但也取得了一定的成果。国防科技大学的石永康等[128]在Gómez团队研究的基础上，对空间电磁涡流控制技术的概念和内涵提出了更为充分的阐释，并与其他非接触方法进行了对比分析，阐述了超导电磁涡流控制的意义。大学的刘晓光等[129-130]将磁铁阵列设计融合到机器人末端执行器上（见图 17），在此基础上分析了该执行器的可行性和可控性，且直接分析了章动目标的涡流受力情况，但并未对目标控制效率进行说明。清华大学的Li等[131]对服务星和目标之间的动力学方程和控制模型作了更为一般性的推导，并使用基本的比例－微分（PD）算法对旋转目标完成了仿真分析。此外，紫金山天文台Lin等[132-133]利用差分法计算了空间碎片在地球磁场中运动所产生的涡流力矩，并分析了该力矩对空间碎片运动轨迹的影响。综上所述，这些学者的研究说明了空间电磁涡流控制技术的可行性，但是关于空间电磁涡流控制的磁场模型的解、动力学方程的解以及控制方法有待进一步的研究。
|
图 17 哈尔滨工业大学的电磁涡流实验装置图[130] Fig.17 Electromagnetic eddy current experimental device diagram of Harbin Institute of Technology |
根据对目标的操作方式不同，分别针对各种可行目标接管控制手段的现状进行总结和分析。通过前文可知，刚性接管控制手段包括机械臂和空间细胞机器人2种，其中基于机械臂的目标接管控制方法可实现目标的姿态接管控制，且能够对稳定目标和低速自旋目标进行姿态接管控制，机械臂手段目前技术成熟度最高，可实施性最强，而空间细胞机器人可大大降低成本、提高平台卫星的可维护性，且融合了多项航天技术，可促进和刺激空间技术的发展；绳系柔性接管控制手段，包括空间绳系拖船、空间绳系机器人、空间飞网机器人，可分别对合作目标、非合作失稳目标、翻滚目标进行控制，是一类安全、高效的目标接管控制方法；非接触式接管控制手段可分为气体冲击、静电场源、磁场源3种，都可以对复杂形状、高速3轴旋转目标进行控制，且安全可靠，不需或者仅需少量燃料即可实现对目标的接管控制。空间机器人接管控制方法的总结见表 1。
|
表 1 空间机器人接管控制 Tab. 1 Takeover control of the space robot |
面向接管控制的空间机器人操控技术是解决目前航天器在轨维修、延寿及失效卫星移除的一项新技术，可针对不同目标、不同运动状态及经济成本等，采用不同的操控方式，实现安全、高效、低成本地接管目标姿态或/和轨道。空间机器人接管控制可服务的空间目标既包括稳定目标，也包括失稳目标，且目标的特征和所处环境可能相差很大，因此很难使用某种统一方法对各类目标进行接管控制。迄今为止，各国的相关研究机构已提出了各种可用于空间目标接管控制的手段。未来该领域必将因现实需求的不同而出现多元化定制的势态，最后可能出现根据目标特性、所处环境及经济成本定制的空间目标接管控制手段。
目前除空间机械臂对稳定目标的操控实现在轨应用外，其余技术基本处于理论论证或地面实验状态，仅部分进行了初步的太空试验，还未能在太空应用。但相关国家/机构已针对各自需求制定研究计划，如欧洲航天局的e.Deorbit项目等，向着太空试验和应用进发。我国由于在该领域起步较晚，基础较薄弱，故应在相关研究基础上，针对实际需求，选定对象及方法，快速迭代，重点突破。
6 总结（Conclusion）针对不同大小形状、不同运动状态的空间目标，本文根据对目标的操作方式不同分别进行了综述，论述了各种方法的研究现状及进展，并针对其中的相关技术难点进行了详细的分析与介绍。最后根据不同情景、不同任务需求，按照可执行性、操控效率、安全性、信息需求、成本方面对各种方法进行了简介，为将来利用空间机器人开展空间目标的接管控制理论与实践研究提供参考。
| [1] |
ESA. Space debris by the numbers[EB/OL]. (2021-04-15)[2021-05-18]. http://www.esa.int/Safety_Security/Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers.
|
| [2] |
张博. 空间机器人自主接管非合作目标的轨迹规划与控制研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017. Zhang B. Research on trajectory planning and control of space robot after autonomously taking over a noncooperative target[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2017. |
| [3] |
黄攀峰, 鲁迎波, 王明, 等. 参数未知航天器的姿态接管控制[J]. 控制与决策, 2017, 32(9): 1547-1555. Huang P F, Lu Y B, Wang M, et al. Attitude takeover control for spacecraft with unknown parameter[J]. Control and Decision, 2017, 32(9): 1547-1555. |
| [4] |
王明. 空间机器人目标抓捕后姿态接管控制研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2015. Wang M. Attitude takeover control in post-capture of target by space robot[D]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2015. |
| [5] |
Li W J, Cheng D Y, Liu X G, et al. On-orbit service (OOS) of spacecraft: A review of engineering developments[J]. Progress in Aerospace Sciences, 2019, 108: 32-120. DOI:10.1016/j.paerosci.2019.01.004 |
| [6] |
Huang P F, Lu Y B, Wang M, et al. Postcapture attitude takeover control of a partially failed spacecraft with parametric uncertainties[J]. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2019, 16(2): 919-930. DOI:10.1109/TASE.2018.2875139 |
| [7] |
Huang P F, Wang M, Meng Z J, et al. Attitude coordinated control for docked spacecraft based on estimated coupling torque[J]. Journal of Aerospace Engineering, 2016, 29(6). DOI:10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000645 |
| [8] |
王明, 黄攀峰, 孟中杰, 等. 空间机器人抓捕目标后姿态接管控制[J]. 航空学报, 2015, 36(9): 3165-3175. Wang M, Huang P F, Meng Z J, et al. Attitude takeover control after capture of target by a space robot[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2015, 36(9): 3165-3175. |
| [9] |
Ohakmi Y, Kawano I. Autonomous rendezvous and docking by engineering test satellite ⅤⅡ: A challenge of Japan in guidance, navigation and control-Breakwell memorial lecture[J]. Acta Astronautica, 2003, 53(1): 1-8. DOI:10.1016/S0094-5765(02)00195-9 |
| [10] |
Stamm S, Motaghedi P. Orbital Express capture system: Concept to reality[C]//Proceedings of the SPIE, Vol. 5419. Bellingham, USA: SPIE, 2004. DOI: 10.1117/12.544569.
|
| [11] |
Rupp T, Boge T, Kiehling R, et al. Flight dynamics challenges of the German on-orbit servicing mission DEOS[C]//21st International Symposium on Space Flight Dynamics. Toulouse, France: GAAT, 2009.
|
| [12] |
Kaiser C, Sjoberg F, Delcura J M, et al. SMART-OLEV-An orbital life extension vehicle for servicing commercial spacecrafts in GEO[J]. Acta Astronautica, 2008, 63(1-4): 400-410. DOI:10.1016/j.actaastro.2007.12.053 |
| [13] |
Debus T Z, Dougherty S P. Overview and performance of the front-end robotics enabling near-term demonstration (FREND) robotic arm[C]//AIAA Infotech@Aerospace Conference. Reston, USA: AIAA, 2009. DOI: 10.2514/6.2009-1870.
|
| [14] |
Huang P F, Wang M, Meng Z J, et al. Reconfigurable spacecraft attitude takeover control in post-capture of target by space manipulators[J]. Journal of the Franklin Institute, 2016, 353(9): 1985-2008. DOI:10.1016/j.jfranklin.2016.03.011 |
| [15] |
Huang P F, Wang M, Meng Z J, et al. Attitude takeover control for post-capture of target spacecraft using space robot[J]. Aerospace Science and Technology, 2016, 51: 171-180. DOI:10.1016/j.ast.2016.02.006 |
| [16] |
王明, 黄攀峰, 常海涛, 等. 基于机械臂耦合力矩评估的组合航天器姿态协调控制[J]. 机器人, 2015, 37(1): 25-34. Wang M, Huang P F, Chang H T, et al. Coordinated attitude control of combined spacecraft based on estimated coupling torque of manipulator[J]. Robot, 2015, 37(1): 25-34. DOI:10.3969/j.issn.1004-6437.2015.01.011 |
| [17] |
Xu W F, Meng D S, Liu H D, et al. Singularity-free trajectory planning of free-floating multiarm space robots for keeping the base inertially stabilized[J]. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 2019, 49(12): 2464-2477. DOI:10.1109/TSMC.2017.2693232 |
| [18] |
Xu W F, Hu Z H, Yan L, et al. Modeling and planning of a space robot for capturing tumbling target by approaching the dynamic closest point[J]. Multibody System Dynamics, 2019, 47: 203-241. DOI:10.1007/s11044-019-09683-3 |
| [19] |
Xu W F, Peng J Q, Liang B, et al. Hybrid modeling and analysis method for dynamic coupling of space robots[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2016, 52(1): 85-98. DOI:10.1109/TAES.2015.140752 |
| [20] |
Yan L, Xu W F, Hu Z H, et al. Multi-objective configuration optimization for coordinated capture of dual-arm space robot[J]. Acta Astronautica, 2020, 167: 189-200. DOI:10.1016/j.actaastro.2019.11.002 |
| [21] |
陈钢, 贾庆轩, 孙汉旭, 等. 空间机器人目标捕获过程中碰撞运动分析[J]. 机器人, 2010, 32(3): 432-438. Chen G, Jia Q X, Sun H X, et al. Analysis on impact motion of space robot in the object capturing process[J]. Robot, 2010, 32(3): 432-438. |
| [22] |
谢冉, 孔祥龙, 师鹏, 等. 空间机器人目标捕获过程的碰撞冲击分析[J]. 计算机仿真, 2016, 33(2): 438-442. Xie R, Kong X L, Shi P, et al. Impact analysis of space manipulators during target capture[J]. Computer Simulation, 2016, 33(2): 438-442. DOI:10.3969/j.issn.1006-9348.2016.02.091 |
| [23] |
魏承, 赵阳, 田浩. 空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制[J]. 航空学报, 2010, 31(3): 632-637. Wei C, Zhao Y, Tian H. Grasping control of space robot for capturing floating target[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2010, 31(3): 632-637. |
| [24] |
吕跃勇, 秦堂皓, 张薇, 等. 基于超螺旋干扰观测器的组合体航天器姿态接管控制[J]. 无人系统技术, 2020, 3(5): 39-45. Lü Y Y, Qin T H, Zhang W, et al. Attitude takeover of combined spacecraft based on super-twisting disturbance observer[J]. Unmanned Systems Technology, 2020, 3(5): 39-45. |
| [25] |
艾海平, 陈力. 空间机器人捕获航天器操作的避撞柔顺无源神经网络H∞控制[J]. 光学精密工程, 2020, 28(3): 717-726. Ai H P, Chen L. Passivity-based neural network H∞ avoidance compliant control of space robot capturing spacecraft[J]. Optics and Precision Engineering, 2020, 28(3): 717-726. |
| [26] |
陈志勇, 陈力. 带有柔性补偿的柔性关节空间机器人的增广自适应控制及关节振动抑制[J]. 宇航学报, 2013, 34(12): 1599-1604. Chen Z Y, Chen L. Augmented adaptive control and joint vibration suppression for flexible-joint space robot with flexibility compensation[J]. Journal of Astronautics, 2013, 34(12): 1599-1604. DOI:10.3873/j.issn.1000-1328.2013.12.009 |
| [27] |
Yu X Y, Chen L. Modeling and observer-based augmented adaptive control of flexible-joint free-floating space manipulators[J]. Acta Astronautica, 2015, 108: 146-155. DOI:10.1016/j.actaastro.2014.12.002 |
| [28] |
韦文书, 荆武兴, 高长生. 捕获非合作目标后航天器的自主稳定技术研究[J]. 航空学报, 2013, 34(7): 1520-1530. Wei W S, Jing W X, Gao C S. Research automatic stability technology of spacecraft assembly with captured noncooperative targets on orbit[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2013, 34(7): 1520-1530. |
| [29] |
倪智宇, 刘金国, 畅晨光. 基于子空间方法的柔性空间机械臂未知末端载荷质量参数辨识[J]. 机械工程学报, 2018, 54(14): 132-140. Ni Z Y, Liu J G, Chang C G. Identification of unknown endpoint payload mass parameter of flexible space manipulator based on subspace method[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(14): 132-140. |
| [30] |
Aghili F. Optimal control of a space manipulator for detumbling of a target satellite[C]//IEEE International Conference on Robotics and Automation. Piscataway, USA: IEEE, 2009: 3019-3024.
|
| [31] |
Aghili F. Coordination control of a free-flying manipulator and its base attitude to capture and detumble a noncooperative satellite[C]//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Piscataway, USA: IEEE, 2009: 2365-2372.
|
| [32] |
韩冬, 黄攀峰, 刘正雄, 等. 空间自旋目标混合EFIR/DFT运动轨迹预测算法[J]. 宇航学报, 2017, 38(8): 804-812. Han D, Huang P F, Liu Z X, et al. A hybrid EFIR/DFT algorithm on trajectory prediction of space spinning target[J]. Journal of Astronautics, 2017, 38(8): 804-812. |
| [33] |
李梁, 李剑飞, 张大伟, 等. 自由漂浮空间双臂机器人动目标抓捕控制[J]. 北京理工大学学报, 2019, 39(6): 615-623. Li L, Li J F, Zhang D W, et al. Control of free-floating space dual-arm robot for capturing moving targets[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2019, 39(6): 615-623. |
| [34] |
Dimitrov D N, Yoshida K. Utilization of the bias momentum approach for capturing a tumbling satellite[C]//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Piscataway, USA: IEEE, 2004: 3333-3338.
|
| [35] |
Dimitrov D. Dynamics and control of space manipulators during a satellite capturing operation[D]. Sendai, Japan: Tohoku University, 2006.
|
| [36] |
Dimitrov D N, Yoshida K. Momentum distribution in a space manipulator for facilitating the post-impact control[C]//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Piscataway, USA: IEEE, 2004: 3345-3350.
|
| [37] |
Dimitrov D N, Yoshida K. Utilization of distributed momentum control for planning approaching trajectories of a space manipulator to a target satellite[C]//8th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space. Paris, France: ESA, 2005: 157-164.
|
| [38] |
Nishida S I, Kawamoto S. Strategy for capturing of a tumbling space debris[J]. Acta Astronautica, 2011, 68(1-2): 113-120. DOI:10.1016/j.actaastro.2010.06.045 |
| [39] |
吴昊, 孙晟昕, 魏承, 等. 基于机器人柔性毛刷的空间翻滚目标消旋[J]. 航空学报, 2019, 40(5): 278-286. Wu H, Sun S X, Wei C, et al. Tumbling target despun based on robotic flexible brush[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2019, 40(5): 278-286. |
| [40] |
Matunaga S, Kanzawa T, Ohkami Y. Rotational motiondamper for the capture of an uncontrolled floating satellite[J]. Control Engineering Practice, 2001, 9(2): 199-205. DOI:10.1016/S0967-0661(00)00098-8 |
| [41] |
Chen G, Wang Y Q, W Y F, et al. Detumbling strategy based on friction control of dual-arm space robot for capturing tumbling target[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2020, 33(3): 1093-1106. DOI:10.1016/j.cja.2019.04.019 |
| [42] |
Liu Y Q, Yu Z W, Liu X F, et al. Active detumbling technology for high dynamic non-cooperative space targets[J]. Multibody System Dynamics, 2019, 47: 21-41. DOI:10.1007/s11044-019-09675-3 |
| [43] |
王明明, 罗建军, 余敏, 等. 冗余空间机械臂抓捕自旋卫星后的消旋控制[J]. 宇航学报, 2018, 39(5): 550-561. Wang M M, Luo J J, Yu M, et al. Detumbling control for kinematically redundant space manipulator post-grasping a rotational satellite[J]. Journal of Astronautics, 2018, 39(5): 550-561. |
| [44] |
Wang M M, Luo J J, Yuan J P, et al. Detumbling control for kinematically redundant space manipulator post-grasping a rotational satellite[J]. Acta Astronautica, 2017, 141: 98-109. DOI:10.1016/j.actaastro.2017.09.025 |
| [45] |
Flores-Abad A, Wei Z, Ma O, et al. Optimal control of space robots for capturing a tumbling object with uncertainties[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2014, 37(6): 2014-2017. DOI:10.2514/1.G000003 |
| [46] |
Flores-Abad A, Zhang L, Wei Z, et al. Optimal capture of a tumbling object in orbit using a space manipulator[J]. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2017, 86: 199-211. |
| [47] |
Zhang B, Liang B, Wang Z W, et al. Coordinated stabilization for space robot after capturing a noncooperative target with large inertia[J]. Acta Astronautica, 2017, 134: 75-84. DOI:10.1016/j.actaastro.2017.01.041 |
| [48] |
常海涛, 黄攀峰, 王明, 等. 空间细胞机器人接管控制的分布式控制分配[J]. 航空学报, 2016, 37(9): 2864-2873. Chang H T, Huang P F, Wang M, et al. Distributed control allocation for cellular space robots in takeover control[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(9): 2864-2873. |
| [49] |
Tanaka H, Yamamoto N, Yairi T, et al. Reconfigurable cellular satellites maintained by space robots[J]. Journal of Robotics and Mechatronics, 2006, 18(3): 356-364. DOI:10.20965/jrm.2006.p0356 |
| [50] |
Thiemann T. The Phoenix Project: Master constraint programme for loop quantum gravity[J]. Classical and Quantum Gravity, 2006, 23(7). DOI:10.1088/0264-9381/23/7/002 |
| [51] |
Goeller M, Oberlaender J, Uhl K, et al. Modular robots for on-orbit satellite servicing[C]//IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics. Piscataway, USA: IEEE, 2012: 2018-2023.
|
| [52] |
Chang H T, Huang P F, Lu Z Y, et al. Cellular space robot and its interactive model identification for spacecraft takeover control[C]//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Piscataway, USA: IEEE, 2016: 3069-3074.
|
| [53] |
Chang H T, Huang P F, Zhang Y Z, et al. Distributed control allocation for spacecraft attitude takeover control via cellular space robot[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2018, 41(11): 2495-2502. |
| [54] |
黄攀峰, 常海涛, 鹿振宇, 等. 面向在轨服务的可重构细胞卫星关键技术与展望[J]. 宇航学报, 2016, 37(1): 1-10. Huang P F, Chang H T, Lu Z Y, et al. Key techniques of onorbit service-oriented reconfigurable cellularized satellite and its prospects[J]. Journal of Astronautics, 2016, 37(1): 1-10. |
| [55] |
Sullivan B, Barnhart D, Hill L, et al. DARPA Phoenix payload orbital delivery system (PODs): "FedEx to GEO"[C]//AIAA SPACE Conference and Exposition. Reston, USA: AIAA, 2013. DOI: 10.2514/6.2013-5484.
|
| [56] |
田嘉旭. 基于细胞卫星的航天器姿态接管控制方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019. Tian J X. Spacecraft attittude takeover control via cellular satellites[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019. |
| [57] |
韩楠, 罗建军, 马卫华. 失效卫星姿态接管的并行学习合作博弈控制[J]. 航空学报, 2021, 42(3): 382-392. Han N, Luo J J, Ma W H. Concurrent learning cooperative game control for attitude takeover of failed satellites[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2021, 42(3): 382-392. |
| [58] |
Han N, Luo J J, Zheng Z X, et al. Distributed cooperative game method for attitude takeover of failed satellites using nanosatellites[J]. Aerospace Science and Technology, 2020, 106. DOI:10.1016/j.ast.2020.106151 |
| [59] |
常海涛, 黄攀峰, 鹿振宇, 等. 空间细胞机器人接管非合作目标时的交互式参数辨识方法[J]. 机器人, 2017, 39(2): 129-138. Chang H T, Huang P F, Lu Z Y, et al. Interactive parameter identification of cellular space robots for non-cooperative spacecraft takeover control[J]. Robot, 2017, 39(2): 129-138. |
| [60] |
刘姝. 基于细胞星的整星质量特性辨识与细胞星安装位姿确定[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019. Liu S. Identification of the whole star quality characteristics based on cell stars and determination of position and posture of cell star installation[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019. |
| [61] |
Tsiolkovsky K. Dreams of earth and sky[M]. Christchurch, New Zealand: Athenabooks, 2004.
|
| [62] |
Bischof B, Kerstein L, Starke J, et al. Roger-Robotic geostationary orbit restorer[C]//54th International Astronautical Congress of the International Astronautical Federation, the International Academy of Astronautics, and the International Institute of Space Law. Reston, USA: AIAA, 2003. DOI: 10.2514/6.IAC-03-IAA.5.2.08.
|
| [63] |
Shan M. Net deployment and contact dynamics of capturing space debris objects[D]. Delft, Netherlands: Delft University of Technology, 2018.
|
| [64] |
Aleina S C, Viola N, Stesina F, et al. Reusable space tug concept and mission[J]. Acta Astronautica, 2016, 128: 21-32. DOI:10.1016/j.actaastro.2016.07.003 |
| [65] |
Aslanov V S, Yudintsev V V. Dynamics of large debris connected to space tug by a tether[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2013, 36(6): 1654-1660. DOI:10.2514/1.60976 |
| [66] |
Aslanov V, Yudintsev V. Dynamics of large space debris removal using tethered space tug[J]. Acta Astronautica, 2013, 91: 149-156. DOI:10.1016/j.actaastro.2013.05.020 |
| [67] |
Aslanov V S, Yudintsev V V. The motion of tethered tug-debris system with fuel residuals[J]. Advances in Space Research, 2015, 56(7): 1493-1501. DOI:10.1016/j.asr.2015.06.032 |
| [68] |
Sun L, Zhao G W, Huang H. Effect of mass variation on dynamics of tethered system in orbital maneuvering[J]. Acta Astronautica, 2018, 146: 15-23. DOI:10.1016/j.actaastro.2018.02.016 |
| [69] |
刘贺龙, 何英姿, 谈树萍. 带偏置点的绳系拖拽离轨系统动力学研究[J]. 空间控制技术与应用, 2017, 43(1): 42-48. Liu H L, He Y Z, Tan S P. Dynamics of tether tugging deorbiting system in the presence of offset[J]. Aerospace Control and Application, 2017, 43(1): 42-48. DOI:10.3969/j.issn.1674-1579.2017.01.007 |
| [70] |
Kang J J, Zhu Z H. De-spin of massive rotating space object by tethered space tug[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2018, 41(11): 2463-2469. DOI:10.2514/1.G003584 |
| [71] |
Kang J J, Zhu J H, Wei W, et al. Dynamics and de-spin control of massive target by single tethered space tug[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2019, 32(3): 653-659. DOI:10.1016/j.cja.2019.01.002 |
| [72] |
Qi R, Misra A K, Zuo Z Y. Active debris removal using doubletethered space-tug system[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, 40(3): 722-730. DOI:10.2514/1.G000699 |
| [73] |
Wen H, Zhu Z H, Jin D P, et al. Constrained tension control of a tethered space-tug system with only length measurement[J]. Acta Astronautica, 2016, 119: 110-117. DOI:10.1016/j.actaastro.2015.11.011 |
| [74] |
Zhang J R, Yang K Y, Qi R. Dynamics and offset control of tethered space-tug system[J]. Acta Astronautica, 2018, 142: 232-252. DOI:10.1016/j.actaastro.2017.10.020 |
| [75] |
Zhong R, Xu S J. Neural-network-based terminal sliding-mode control for thrust regulation of a tethered space-tug[J]. Astrodynamics, 2018, 2: 175-185. DOI:10.1007/s42064-017-0019-0 |
| [76] |
Zhang Z P, Yu Z W, Zhang Q W, et al. Dynamics and control of a tethered space-tug system using Takagi-Sugeno fuzzy methods[J]. Aerospace Science and Technology, 2019, 87: 289-299. DOI:10.1016/j.ast.2019.02.033 |
| [77] |
张倩文. 绳系拖车在轨稳定及目标离轨控制方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019. Zhang Q W. Research on on-orbit stability control and deorbiting method for tethered space-tug system[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019. |
| [78] |
Meng Z J, Wang B H, Huang P F. Twist suppression method of tethered towing for spinning space debris[J]. Journal of Aerospace Engineering, 2017, 30(4). DOI:10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000708 |
| [79] |
Zhao G W, Sun L, Huang H, et al. Optimal attitude control of a tethered system for noncoplanar orbital transfer under a constant thrust[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2020, 56(3): 1844-1855. DOI:10.1109/TAES.2019.2935954 |
| [80] |
Huang P F, Zhang F, Cai J, et al. Dexterous tethered space robot: Design, measurement, control, and experiment[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2017, 53(3): 1452-1468. DOI:10.1109/TAES.2017.2671558 |
| [81] |
Huang P F, Meng Z J, Guo J, et al. Tethered space robot: Dynamics, measurement, and control[M]. New York, USA: Academic Press, 2018.
|
| [82] |
Chen L, Huang P F, Cai J, et al. A non-cooperative target grasping position prediction model for tethered space robot[J]. Aerospace Science and Technology, 2016, 58: 571-581. DOI:10.1016/j.ast.2016.09.009 |
| [83] |
Chen L, Huang P F, Cai J. Extracting and matching lines of low-textured region in close-range navigation for tethered space robot[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2019, 66(9): 7131-7140. DOI:10.1109/TIE.2018.2879286 |
| [84] |
Huang P F, Wang D K, Meng Z J, et al. Impact dynamic modeling and adaptive target capturing control for tethered space robots with uncertainties[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2016, 21(5): 2260-2271. DOI:10.1109/TMECH.2016.2569466 |
| [85] |
Lu Y B, Huang P F, Meng Z J, et al. Finite time attitude takeover control for combination via tethered space robot[J]. Acta Astronautica, 2017, 136: 9-21. DOI:10.1016/j.actaastro.2017.02.022 |
| [86] |
Lu Y B, Huang P F, Meng Z J. Adaptive neural network dynamic surface control of the post-capture tethered spacecraft[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2020, 56(2): 1406-1419. DOI:10.1109/TAES.2019.2930015 |
| [87] |
Wang D K, Huang P F, Meng Z J. Coordinated stabilization of tumbling targets using tethered space manipulators[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2015, 51(3): 2420-2432. DOI:10.1109/TAES.2015.140530 |
| [88] |
Huang P F, Wang D K, Meng Z J, et al. Adaptive postcapture backstepping control for tumbling tethered space robot-target combination[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2016, 39(1): 150-156. DOI:10.2514/1.G001309 |
| [89] |
孟中杰, 黄攀峰, 鲁迎波, 等. 在轨服务中空间系绳的应用及发展[J]. 宇航学报, 2019, 40(10): 1134-1145. Meng Z J, Huang P F, Lu Y B, et al. Applications and development of space tether in on-orbit servicing[J]. Journal of Astronautics, 2019, 40(10): 1134-1145. DOI:10.3873/j.issn.1000-1328.2019.10.004 |
| [90] |
孟中杰, 黄攀峰. 自主机动飞网机器人动力学建模与网型保持方法[J]. 宇航学报, 2015, 36(7): 755-762. Meng Z J, Huang P F. Dynamics modeling and shape keeping of the maneuverable net robot[J]. Journal of Astronautics, 2015, 36(7): 755-762. |
| [91] |
张帆. 空间飞网机器人释放动力学与控制方法研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2017. Zhang F. Releasing dynamics and control of tethered space net robot[D]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2017. |
| [92] |
马骏, 黄攀峰, 胡仄虹, 等. 空间飞网机器人网型保持控制方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2013, 31(6): 908-914. Ma J, Huang P F, Hu Z H, et al. A maneuvering-net space robot's maneuvering-net maintenance and control strategy[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2013, 31(6): 908-914. DOI:10.3969/j.issn.1000-2758.2013.06.017 |
| [93] |
翟光, 梁斌, 李成. 空间飞网捕获机器人交会轨迹规划研究[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2010, 42(9). Zhai G, Liang B, Li C. Proximity trajectory planning for net-based space robotic system[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2010, 42(9). DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2010.09.003 |
| [94] |
Botta E M, Sharf I, Misra A K, et al. On the simulation of tether-nets for space debris capture with Vortex Dynamics[J]. Acta Astronautica, 2016, 123: 91-102. DOI:10.1016/j.actaastro.2016.02.012 |
| [95] |
Botta E M, Sharf I, Misra A K. Contact dynamics modeling and simulation of tether nets for space-debris capture[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, 40(1). DOI:10.2514/1.G000677 |
| [96] |
Botta E M, Sharf I, Misra A K. Evaluation of net capture of space debris in multiple mission scenarios[C]//26th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. Reston, USA: AIAA, 2016.
|
| [97] |
Sharf I, Thomsen B, Botta E M, et al. Experiments and simulation of a net closing mechanism for tether-net capture of space debris[J]. Acta Astronautica, 2017, 139: 332-343. DOI:10.1016/j.actaastro.2017.07.026 |
| [98] |
Shan M H, Guo J, Gill E. Deployment dynamics of tetherednet for space debris removal[J]. Acta Astronautica, 2017, 132: 293-302. DOI:10.1016/j.actaastro.2017.01.001 |
| [99] |
O'Connor W J, Hayden D J. Detumbling of space debris by a net and elastic tether[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2017, 40(7): 1829-1833. |
| [100] |
Peters T V, Olmos D E. COBRA contactless detumbling[J]. CEAS Space Journal, 2016, 8: 143-165. DOI:10.1007/s12567-016-0116-6 |
| [101] |
Bennett T, Stevenson D, Hogan E, et al. Prospects and challenges of touchless electrostatic detumbling of small bodies[J]. Advances in Space Research, 2015, 56(3): 557-568. DOI:10.1016/j.asr.2015.03.037 |
| [102] |
Sugai F, Abiko S, Tsujita T, et al. Development of an eddy current brake system for detumbling malfunctioning satellites[C]//IEEE/SICE International Symposium on System Integration. Piscataway, USA: IEEE, 2012: 325-330.
|
| [103] |
Estable S, Pruvost C, Ferreira E, et al. Capturing and deorbiting Envisat with an Airbus Spacetug. Results from the ESA e. Deorbit consolidation phase study[J]. Journal of Space Safety Engineering, 2020, 7(1): 52-66. DOI:10.1016/j.jsse.2020.01.003 |
| [104] |
Jankovic M, Kumar K, Ortiz N, et al. Spacecraft concept for active de-tumbling and robotic capture of Ariane rocket bodies[C]//13th Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation. Paris, France: ESA, 2015. DOI: 10.13140/RG.2.1.1708.2487.
|
| [105] |
Olmos E D. COBRA executive summary: COBRA extension of IRIDES experiment[EB/OL]. (2014-07-07)[2021-11-08]. https://nebula.esa.int/sites/default/files/neb_study/1188/C4000110632ExS.pdf.
|
| [106] |
Peters T V, Pellacani A, Attina P, et al. COBRA active debris removal concept[C]//64th International Astronautical Congress. 2013: 2329-2341.
|
| [107] |
Ferrari F, Benvenuto R, Lavagna M. Gas plume impingemen t technique for space debris de-tumbling[C]//9th International ESA Conference on Guidance, Navigation and Control Systems. Paris, France: ESA, 2014.
|
| [108] |
Peters T V, Olmos E D, Pellacani A, et al. The CO BRA IRIDES experiment[C]//65th International Astronautical Congress. 2014: 1601-1611.
|
| [109] |
Nakajima Y, Mitani S, Tani H, et al. Detumbling space debris via thruster plume impingement[C]//AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference. Reston, USA: AIAA, 2016. DOI: 10.2514/6.2016-5660.
|
| [110] |
姜力维. 基于空间机器人的非合作目标气体冲击消旋研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2017. Jiang L W. Research on non-cooperative target detumbling by gas plume impingement based on space robot[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2017. |
| [111] |
Liu Y Q, Pan Y, Li Q. A research on strategy of plume impingement de-tumbling technology[C]//Chinese Control and Decision Conference. Piscataway, USA: IEEE, 2018: 4539-4544.
|
| [112] |
马广富, 郭延宁, 邱爽, 等. 空间非合作目标消旋技术研究现状总结与展望[J]. 飞控与探测, 2018, 1(1): 26-33. Ma G F, Guo Y N, Qiu S, et al. Summary and prospect of detumbling methods of space noncooperative targets[J]. Flight Control & Detection, 2018, 1(1): 26-33. |
| [113] |
赵一鸣. 基于库仑力的非接触式目标消旋研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2016. Zhao Y M. Research on non-contact attitude control based on the Coulomb force[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2016. |
| [114] |
Cover J R J H, Knauer W, Maurer H A. Lightweight reflecting structures utilizing electrostatic inflation: US3546706A[P]. 1970-12-08.
|
| [115] |
King L B, Parker G G, Deshmukh S, et al. Study of interspacecraft Coulomb forces and implications for formation flying[J]. Journal of Propulsion and Power, 2003, 19(3): 497-505. DOI:10.2514/2.6133 |
| [116] |
Schaub H, Parker G G, King L B. Challenges and prospects of Coulomb spacecraft formation control[J]. The Journal of the Astronautical Sciences, 2004, 52: 169-193. DOI:10.1007/BF03546427 |
| [117] |
Stevenson D, Schaub H. Multi-sphere method for modeling spacecraft electrostatic forces and torques[J]. Advances in Space Research, 2013, 51(1): 10-20. DOI:10.1016/j.asr.2012.08.014 |
| [118] |
Schaub H, Stevenson D. Prospects of relative attitude control using Coulomb actuation[J]. The Journal of the Astronautical Sciences, 2013, 60: 258-277. DOI:10.1007/s40295-015-0048-y |
| [119] |
Bennett T, Chaub H. Touchless electrostatic three-dimensional detumbling of large axi-symmetric debris[J]. The Journal of the Astronautical Sciences, 2015, 62: 233-253. DOI:10.1007/s40295-015-0075-8 |
| [120] |
Bennett T, Schaub H. Contactless electrostatic detumbling of axi-symmetric GEO objects with nominal pushing or pulling[J]. Advances in Space Research, 2018, 62(11): 2977-2987. DOI:10.1016/j.asr.2018.07.021 |
| [121] |
Stevenson D, Schaub H. Electrostatic spacecraft rate and attitude control-experimental results and performance considerations[J]. Acta Astronautica, 2016, 119: 22-33. DOI:10.1016/j.actaastro.2015.10.023 |
| [122] |
Reinhardt B, Peck M A. Eddy-current space tug[C]//AIAA SPACE Conference and Exposition. Reston, USA: AIAA, 2011. DOI: 10.2514/6.2011-7168.
|
| [123] |
Kadaba P K, Naishadham K. Feasibility of noncontacting electromagnetic despinning of a satellite by inducing eddy currents in its skin. I. Analytical considerations[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 1995, 31(4): 2471-2477. DOI:10.1109/20.390159 |
| [124] |
Sugai F, Abiko S, Tsujita T, et al. Detumbling an uncontrolled satellite with contactless force by using an eddy current brake[C]//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Piscataway, USA: IEEE, 2013: 783-788.
|
| [125] |
Praly N, Hillion M, Bonnal C, et al. Study on the eddy current damping of the spin dynamics of space debris from the Ariane launcher upper stages[J]. Acta Astronautica, 2012, 76: 145-153. DOI:10.1016/j.actaastro.2012.03.004 |
| [126] |
Gómez N O, Walker S J I. Earth's gravity gradient and eddy currents effects on the rotational dynamics of space debris objects: Envisat case study[J]. Advances in Space Research, 2015, 56(3): 494-508. DOI:10.1016/j.asr.2014.12.031 |
| [127] |
Gómez N O, Walker S J I, Jankovic M, et al. Control analysis for a contactless de-tumbling method based on eddy currents: Problem definition and approximate proposed solutions[C]//AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. Reston, USA: AIAA, 2016. DOI: 10.2514/6.2016-0642.
|
| [128] |
石永康, 杨乐平, 朱彦伟, 等. 空间旋转目标涡流消旋概念与仿真分析[J]. 宇航学报, 2018, 39(10): 1089-1096. Shi Y K, Yang L P, Zhu Y W, et al. Modeling and simulation of superconducting eddy brake concept for space tumbling object[J]. Journal of Astronautics, 2018, 39(10): 1089-1096. DOI:10.3873/j.issn.1000-1328.2018.10.004 |
| [129] |
Liu X G, Lu Y, Zhou Y, et al. Prospects of using a permanent magnetic end effector to despin and detumble an uncooperative target[J]. Advances in Space Research, 2018, 61(8): 2147-2158. |
| [130] |
Liu X G, Lu Y, Zhang Q, et al. An application of eddy current effect on the active detumbling of uncontrolled satellite with tilt air gap[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2019, 55(12): 1-11. |
| [131] |
Li H Y, Li J Y, Jiang F H. Dynamics and control for contactless interaction between spacecraft and tumbling debris[J]. Advances in Space Research, 2018, 61(1): 154-166. |
| [132] |
Lin H Y, Zhao C Y. Approximate expressions of mean eddy current torque acted on space debris[J]. Astrophysics and Space Science, 2017, 362. DOI:10.1007/s10509-017-3012-4 |
| [133] |
Lin H Y, Zhao C Y. Evolution of the rotational motion of space debris acted upon by eddy current torque[J]. Astrophysics and Space Science, 2015, 357. DOI:10.1007/s10509-015-2396-2 |