旋转目标的多星协同近距离姿轨耦合控制

摘要

针对多星快速绕飞与同步逼近吸附旋转目标的近距离协同操作任务,首先,考虑旋转目标、观测星和逼近星的大小及形状,基于相对轨道和相对姿态动力学模型,分析设计了适用于空间任意方位的期望绕飞平面和期望姿态指向:观测星期望姿态保持观测设备始终指向旋转目标,逼近星期望姿态保持与目标星姿态同步;然后,考虑碰撞规避,推导了基于误差四元数和误差角速度反馈的比例-微分控制律以及一种基于人工势场法的近距离安全制导控制方法,通过二者相结合对相对姿态及相对轨道进行控制;最后,通过3星观测、2星逼近的近距离操作问题对提出的方法进行测试.仿真结果表明,3颗观测星均能够成功躲避其它卫星碰撞,并沿着期望的轨道运行,2颗逼近星能够同时安全逼近,并吸附到目标表面设定位置,观测星和逼近星实际姿态均能快速收敛到期望值,验证了提出控制方法的有效性.