一種基于巡游機器人的在軌故障檢測及維護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星在軌故障檢測及維護方法，特別是一種基于巡游機器人的在軌故障檢測及維護方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前空間技術(shù)已經(jīng)進入了快速發(fā)展期，預(yù)計至2020年，中國衛(wèi)星在軌數(shù)量將突破200顆，而這些衛(wèi)星主要分布在GEO、MEO和SSO軌道，包括對地觀測、通信、導(dǎo)航、電子偵察及對抗、預(yù)警等應(yīng)用衛(wèi)星。這些衛(wèi)星成本高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命周期長，在生命周期內(nèi)一旦出現(xiàn)故障，會造成巨大的經(jīng)濟損失。在這些衛(wèi)星故障中，一部分可通過測控鏈路啟動系統(tǒng)冗余備份或地面指令切換恢復(fù)，然而另一部分故障由于衛(wèi)星姿態(tài)翻滾、測控失效、復(fù)雜的故障狀態(tài)等原因無法進行修復(fù)。因此，為保障高價值衛(wèi)星長期穩(wěn)定運行，必須發(fā)展衛(wèi)星在軌檢測、故障恢復(fù)等服務(wù)能力。
[0003]目前衛(wèi)星的故障檢測大部分通過地面站對衛(wèi)星傳送回的遙測信息來進行分析判斷的，這種方式是建立在衛(wèi)星測控系統(tǒng)工作正常的條件下，一旦測控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，相關(guān)遙測信息就無法獲取。高性能巡游機器人具備很強的姿態(tài)控制能力，可以在高負載條件下著陸衛(wèi)星表面進行遍歷巡游。目前，仿生類巡游機器人已在國際空間站上得到初步應(yīng)用，能夠替代宇航員發(fā)現(xiàn)空氣泄漏等意外故障，而對于衛(wèi)星或航天器在軌故障檢測恢復(fù)尚未見資料報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)中測控系統(tǒng)故障時不能獲取遙測信息來對衛(wèi)星故障進行檢測與維護的不足，提供了一種在衛(wèi)星表面實施的基于巡游機器人的在軌故障檢測及維護方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于巡游機器人的在軌故障檢測及維護方法，包括如下步驟:
[0006](I)將巡游機器人放于救援衛(wèi)星并將救援衛(wèi)星朝向目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)射，當(dāng)救援衛(wèi)星與目標(biāo)衛(wèi)星距離不大于Ikm時，救援衛(wèi)星測量目標(biāo)衛(wèi)星形貌信息并解算目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)及軌道后將目標(biāo)衛(wèi)星形貌信息、姿態(tài)及軌道送至巡游機器人中的控制中心計算機，控制巡游機器人與救援衛(wèi)星分離，并令巡游機器人依靠其軌道控制推力器按照目標(biāo)衛(wèi)星的軌道朝目標(biāo)衛(wèi)星靠近；所述巡游機器人包括控制中心計算機、探測通信模塊、軌道控制推力器、姿態(tài)控制推力器；
[0007](2)巡游機器人與救援衛(wèi)星分離后，使救援衛(wèi)星實時測量目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)軌道并送至巡游機器人，令巡游機器人實時接收目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)軌道并依靠其探測通信模塊測量目標(biāo)衛(wèi)星的位置后，使用其軌道控制推力器修正自身運動軌道來接近目標(biāo)衛(wèi)星，同時使用測量得到的目標(biāo)衛(wèi)星的位置計算巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的距離并判斷；
[0008](3)如果巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的距離不大于100m，則使巡游機器人根據(jù)目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)開啟姿態(tài)控制推力器調(diào)整運動姿態(tài)，同時接收救援衛(wèi)星實時發(fā)送的目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)并轉(zhuǎn)入步驟(4);如果巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的距離大于100m，則使巡游機器人繼續(xù)實時接收目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)軌道并依靠其探測通信模塊測量目標(biāo)衛(wèi)星的位置后，使用其軌道控制推力器修正運動軌道靠近目標(biāo)衛(wèi)星，直至巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的距離不大于100m，然后使巡游機器人根據(jù)目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)開啟姿態(tài)控制推力器調(diào)整運動姿態(tài)，同時接收救援衛(wèi)星實時發(fā)送的目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)并轉(zhuǎn)入步驟(4);
[0009](4)如果巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)差不大于10_3°，則根據(jù)救援衛(wèi)星發(fā)送的目標(biāo)衛(wèi)星形貌信息尋找目標(biāo)衛(wèi)星的吸附面，然后令巡游機器人使用姿態(tài)控制推力器調(diào)節(jié)巡游機器人的姿態(tài)直至巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的吸附面平行，如果巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)差大于10_3°，則令巡游機器人使用姿態(tài)控制推力器調(diào)節(jié)其姿態(tài)直至巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)差不大于10_3°，然后重復(fù)根據(jù)救援衛(wèi)星發(fā)送的目標(biāo)衛(wèi)星形貌信息尋找目標(biāo)衛(wèi)星的吸附面，使巡游機器人使用姿態(tài)控制推力器調(diào)節(jié)巡游機器人的姿態(tài)直至巡游機器人與目標(biāo)衛(wèi)星的吸附面平行；所述吸附面為目標(biāo)衛(wèi)星表面中具有較好平面度且面積大于巡游機器人的區(qū)域；
[0010](5)使巡游機器人垂直向目標(biāo)衛(wèi)星的吸附面碰撞，并在接觸瞬間依靠巡游機器人表面有粘性的聚合物粘附到目標(biāo)衛(wèi)星吸附面，然后使巡游機器人依靠探測通信模塊探測吸附面周圍星表信息后，使用控制中心計算機規(guī)劃至目標(biāo)衛(wèi)星的星表測試接口位置的路徑，得到規(guī)劃路徑后令巡游機器人沿規(guī)劃路徑爬行至目標(biāo)衛(wèi)星的星表測試接口位置；
[0011](6)到達目標(biāo)衛(wèi)星的星表測試接口位置后，使巡游機器人將其控制中心計算機與目標(biāo)衛(wèi)星的星表測試接口連接，建立其與目標(biāo)衛(wèi)星的鏈路連接；
[0012](7)令巡游機器人的控制中心計算機向目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)送握手信號，
[0013]如果兩者握手成功，則令巡游機器人的控制中心計算機對目標(biāo)衛(wèi)星的所有分系統(tǒng)設(shè)備進行總線周期性輪詢，
[0014]如果目標(biāo)衛(wèi)星各分系統(tǒng)設(shè)備返回總線周期性輪詢指令狀態(tài)字中的“服務(wù)請求位”均被置為1，則該目標(biāo)衛(wèi)星分系統(tǒng)設(shè)備處于工作狀態(tài)，發(fā)送目標(biāo)衛(wèi)星所有分系統(tǒng)設(shè)備均處于工作狀態(tài)的指令并通過救援衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面，在軌故障檢測完成，
[0015]如果目標(biāo)衛(wèi)星存在分系統(tǒng)設(shè)備返回總線周期性輪詢指令狀態(tài)字中的“服務(wù)請求位”被置成0，則轉(zhuǎn)入步驟(8)，
[0016]如果兩者握手不成功，則使巡游機器人的控制中心計算機接管目標(biāo)衛(wèi)星連接至總線的各分系統(tǒng)設(shè)備，轉(zhuǎn)入步驟(8);
[0017](8)使巡游機器人的控制中心計算機獲取目標(biāo)衛(wèi)星連接至總線各分系統(tǒng)設(shè)備的標(biāo)識位并通過救援衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)送至地面，然后接收由救援衛(wèi)星中轉(zhuǎn)的地面發(fā)送的目標(biāo)衛(wèi)星各分系統(tǒng)設(shè)備標(biāo)識位的初始化參數(shù)，使用該初始化參數(shù)控制目標(biāo)衛(wèi)星各分系統(tǒng)設(shè)備初始化，重新對目標(biāo)衛(wèi)星各分系統(tǒng)進行總線周期性輪詢，
[0018]如果目標(biāo)衛(wèi)星存在分系統(tǒng)設(shè)備返回總線周期性輪詢指令狀態(tài)字中的“服務(wù)請求位”被置成0，則對應(yīng)的目標(biāo)衛(wèi)星分系統(tǒng)物理故障，令巡游機器人的控制中心計算機接管目標(biāo)衛(wèi)星總線控制權(quán)，發(fā)送目標(biāo)衛(wèi)星存在分系統(tǒng)設(shè)備物理故障且巡游機器人已經(jīng)接管目標(biāo)衛(wèi)星的指令并通過救援衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面，在軌故障檢測完成，
[0019]如果目標(biāo)衛(wèi)星各分系統(tǒng)設(shè)備返回總線周期性輪詢指令狀態(tài)字中的“服務(wù)請求位”均被置為1，則目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)生故障的分系統(tǒng)設(shè)備故障被排除，發(fā)送目標(biāo)衛(wèi)星所有分系統(tǒng)設(shè)備均處于工作狀態(tài)的指令并通過救援衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面，在軌故障檢測完成。
[0020]所述的巡游機器人包括多個結(jié)構(gòu)形狀完全相同的關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)兩兩正交相連，關(guān)節(jié)兩端各設(shè)有安裝孔且兩端的安裝孔互相垂直，得到規(guī)劃路徑后巡游機器人通過各個關(guān)節(jié)的相對運動爬行至目標(biāo)衛(wèi)星的星表測試接口位置。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0022](I)本發(fā)明方法將巡游機器人用于衛(wèi)星或航天器的在軌故障的檢測及維護，使機器人在衛(wèi)星表面巡游并進行檢測維護，克服了現(xiàn)有技術(shù)在通過分析衛(wèi)星傳回的遙測信息判斷衛(wèi)星故障時，如果測控系統(tǒng)出現(xiàn)故障則不能獲取遙測信息來分析故障的不足，能夠在測控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時對衛(wèi)星故障進行檢測和修復(fù)；
[0023](2)本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，在衛(wèi)星分系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生物理故障不能通過初始化進行修復(fù)時，通過巡游機器人的控制中心計算機接管衛(wèi)星總線控制器，進而控制所有聯(lián)系至總線的目標(biāo)衛(wèi)星分系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)對目標(biāo)衛(wèi)星的物理故障修復(fù)；
[0024](3)本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，提出的巡游機器人一體化接口固連形成，具有極高的變形度，在發(fā)射火箭中，可蜷縮收攏以減少體積；在被