● 摘要
随着航天技术的不断发展，静止轨道上的卫星逐年增多，而静止轨道资源是极其有限的。对寿命末期的静止轨道卫星进行辅助离轨，已成为当前各国研究的热点。失效卫星属于典型的空间非合作目标，从目前的发展情况来看，有人参与的对空间合作目标的在轨操控技术已非常成熟，对空间非合作目标的自主式在轨服务还没有成熟的应用。针对失效卫星离轨操作问题，研究对空间非合作目标的逼近和抓捕等技术，有非常广阔的应用前景。
针对失效卫星离轨操作中非合作目标的逼近问题，在失效卫星特征部位体固坐标系，建立了的轨道和姿态耦合的相对运动模型。从三方面分析了失效卫星离轨操作的难点，针对失效卫星不同的运动形态，设计了不同的逼近和抓捕策略。针对失效卫星的逼近问题，研究了基于高斯伪谱法和序列二次规划法的轨迹规划算法。建立了逼近过程的六自由度误差动力学方程，设计了失效卫星逼近过程位置姿态协同的轨迹跟踪控制算法。针对几个典型工况，开展了数字仿真工作，对控制算法的可行性进行了验证。
针对失效卫星离轨操作中非合作目标的抓捕问题，设计了安装有五自由度机械臂的抓捕卫星构型。在失效卫星逼近问题的基础上，建立了抓捕卫星轨道、姿态、机械臂和末端执行器耦合的运动学和动力学模型。设计了机械臂关节和末端执行器的控制律，结合抓捕卫星的动力学模型，研究了抓捕卫星轨道、姿态、机械臂和末端执行器协同的控制算法。针对几个典型工况，对协同控制算法进行数字仿真验证。