远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统和方法技术方案

本申请涉及远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统和方法，系统包括操控航天器和磁化同轴枪，磁化同轴枪设置于操控航天器的伺服转台上。操控航天器用于操控磁化同轴枪瞄准待消旋的失效航天器，磁化同轴枪用于根据设定的控制参数向失效航天器远距投送序列脉冲等离子体环，对失效航天器进行电磁涡流消旋；控制参数包括脉冲环方向、脉冲环强度和脉冲环频率，脉冲环方向为序列脉冲等离子体环的投送方向与失效航天器的自旋主轴方向垂直。充分满足远距失效航天器的高效消旋，无需操控航天器机动抵近待消旋的失效航天器，从而避免近距离抵近目标过程存在的碰撞风险与磁场干扰，达到了对失效航天器进行远距离的高效电磁涡流消旋的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统和方法


[0001]本申请涉及航天器操控
，特别是涉及一种远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统和方法。

技术介绍

[0002]随着在轨失效航天器及大尺寸太空碎片日趋增多，会对附近其他正常运行航天器产生威胁且占据宝贵的轨道资源，发展可行的拖曳离轨手段势在必行。失效航天器及大尺寸太空碎片一般呈高速旋转状态，现有成熟的拖曳离轨手段要求拖曳目标旋转速度小于一定阈值（目前一般设定为10
°
/s），因此拖曳离轨前的消旋至关重要。目前，失效航天器的消旋方式可分为接触式与非接触式两类：接触式消旋包括减速刷等，非接触消旋主要为电磁涡流消旋及库仑力作用消旋。其中，以电磁元件为核心的电磁涡流消旋装置优势明显，具有非接触操控、无推进剂消耗且无羽流污染等优势，近几年已得到院校、航天科研机构及工业部门关注，开展了初步的理论与地面试验测试研究，建立了相关磁场模型、构建了部分测试装置并开展了初步地面试验。
[0003]传统电磁涡流消旋装置的磁场激励源主要包括三种，即超导线圈、永磁体及常导线圈。无论采用哪一种磁场激励源，磁力/力矩随距离增大呈3~4次方非线性衰减，现有电磁涡流消旋技术需要操控航天器近距离抵近失效航天器（电磁涡流消旋装置与目标间距小于1米），对操控航天器的大范围机动与操控等能力提出了高要求，磁场强度利用率低且存在近距离碰撞风险。因此，研究发展一种面向远距失效航天器消旋、磁场利用率高的高效电磁涡流消旋技术具有现实必要性。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统和方法，能够对失效航天器进行远距离的高效电磁涡流消旋。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供一种远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，包括操控航天器和磁化同轴枪，磁化同轴枪设置于操控航天器的伺服转台上；操控航天器用于操控磁化同轴枪瞄准待消旋的失效航天器，磁化同轴枪用于根据设定的控制参数向失效航天器远距投送序列脉冲等离子体环，对失效航天器进行电磁涡流消旋；控制参数包括脉冲环方向、脉冲环强度和脉冲环频率，脉冲环方向为序列脉冲等离子体环的投送方向与失效航天器的自旋主轴方向垂直。
[0006]另一方面，还提供一种远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋控制方法，应用于一种远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，系统包括操控航天器和磁化同轴枪，磁化同轴枪设置于操控航天器的伺服转台，该方法包括步骤：操控磁化同轴枪瞄准待消旋的失效航天器；根据设定的控制参数，控制磁化同轴枪向失效航天器远距投送序列脉冲等离子体
环，对失效航天器进行电磁涡流消旋；其中，控制参数包括脉冲环方向、脉冲环强度和脉冲环频率，脉冲环方向为序列脉冲等离子体环的投送方向与失效航天器的自旋主轴方向垂直。
[0007]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：上述远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统和方法，通过采用操控航天器搭载磁化同轴枪构成基于等离子体环快速远距投送的失效航天器脉冲电磁涡流消旋系统，首先通过操控航天器操控磁化同轴枪瞄准待消旋的失效航天器，然后根据任务设定的参数控制磁化同轴枪向失效航天器远距投送序列脉冲等离子体环，由于在磁化同轴枪内经加速投射出枪后瞬间变为球马克形态，其极向磁场与环向磁场相互转化且两者近似相等，形成冻结磁场的等离子体环并被投送至远距失效航天器附近，等离子体环与失效卫星的目标磁场（永磁体磁场或诱导次级磁场）相互作用产生消旋所需电磁力/力矩，从而对失效航天器有消旋效果。
[0008]采用序列脉冲等离子体环，则序列中的各个等离子体环对失效航天器的消旋效果累积，从而达到对失效卫星的远距、快速且高效的消旋目的。相比于传统技术，上述方案充分满足远距失效航天器的高效消旋，无需操控航天器机动抵近待消旋的失效航天器，从而避免近距离抵近目标过程存在的碰撞风险与磁场干扰，还可具备长期在轨消旋操控能力，可针对多类型目标消旋并可有效拓展磁控空间，以序列脉冲等离子体环投送的方式，磁场利用率得到有效提高，达到了对失效航天器进行远距离的高效电磁涡流消旋的目的。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为一个实施例中远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统的结构示意图；图2为一个实施例中面向远距失效航天器消旋的磁冻结等离子体环投送示意图；图3为一个实施例中远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋场景示意图；图4为一个实施例中磁化同轴枪的局部剖面结构示意图；图5为一个实施例中冻结的环向磁场及极向磁场与序列等离子体环投送的示意图；图6为一个实施例中冻结磁场与目标磁场作用产生电磁力/力矩用于消旋的示意图；图7为一个实施例中基于磁化同轴枪的磁冻结等离子体环生成过程示意图；图8为一个实施例中洛伦兹力作用的磁冻结等离子体环加速示意图；图9为一个实施例中磁化同轴枪内等离子体环加速简化计算示意图；图10为一个实施例中等离子体环冻结磁场与旋转失效航天器空间几何的示意图；其中，（a）为等离子体环及其磁场强度示意，（b）为球壳模型表征失效航天器的示意；图11为一个实施例中远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋控制方法的流程示意图；图12为一个实施例中等离子体环电流/速度/同轴枪内输运距离示意图；
图13为一个实施例中失效航天器处单脉冲环的磁场强度变化示意图；图14为一个实施例中失效航天器旋转速度随消旋时间变化的示意图；图15为一个实施例中脉冲磁冻结等离子体环与Halbach电磁装置电磁涡流消旋效果对比的示意图。
具体实施方式
[0011]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0012]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0013]需要说明的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本专利技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。
[0014]本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0015]目前，正开展研究与设计的、面向失效航天器及大尺寸太空碎片的电磁涡流消旋装置和控制方法存在一些不足，主要体现为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，其特征在于，包括操控航天器和磁化同轴枪，所述磁化同轴枪设置于所述操控航天器的伺服转台上；所述操控航天器用于操控所述磁化同轴枪瞄准待消旋的失效航天器，所述磁化同轴枪用于根据设定的控制参数向所述失效航天器远距投送序列脉冲等离子体环，对所述失效航天器进行电磁涡流消旋；所述控制参数包括脉冲环方向、脉冲环强度和脉冲环频率，所述脉冲环方向为所述序列脉冲等离子体环的投送方向与所述失效航天器的自旋主轴方向垂直。2.根据权利要求1所述的远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，其特征在于，所述脉冲环强度通过所述磁化同轴枪的特征参数以及所述操控航天器的载荷质量、体积和功耗约束设定，所述脉冲环强度包括单一等离子体环强度及投送脉冲环数目。3.根据权利要求1或2所述的远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，其特征在于，所述脉冲环频率通过在所述磁化同轴枪的特征参数以及所述操控航天器的载荷质量、体积和功耗的约束下，根据等离子体环的投送速度、任务设定失效航天器距离及等离子体环间干扰确定。4.根据权利要求3所述的远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，其特征在于，所述脉冲环频率为NHz，N∈（0,10）。5.根据权利要求3所述的远距失效航天器高效脉冲电磁涡流消旋系统，其特征在于，所述磁化同轴枪包括外接电容组电路、偏置磁场源、内电极和外电极，所述内电极和所述外电极构成同轴电极；所述外接电容组电路一端连接所述内电极，所述外接电容组电路的另一端连接所述外电极，所述偏置磁场源内置于所述内电极的空腔中，所述外接电容组电路用于驱动所述偏置磁场源产生枪内偏置磁场并驱动所述同轴电极放电；所述内电极在远离枪口一端开设有进气孔道，所述进气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元文，赵宏亮，马天，杨乐平，朱彦伟，黄涣，陈鹏霖，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：