分散式空間太陽能電站的隊形設計與協同控制

《分散式空間太陽能電站的隊形設計與協同控制》是依託哈爾濱工業大學，由吳寶林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：分散式空間太陽能電站的隊形設計與協同控制
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳寶林

項目摘要

作為一種很有前景的可再生能源系統，空間太陽能電站得到各已開發國家的廣泛關注。基於大規模衛星編隊的分散式空間太陽能電站具有降低空間運輸和空間裝配要求，降低任務風險和成本，提高系統的可維護性和可靠性等優點。空間太陽能電站一般運行在地球靜止軌道，壽命要求長達幾十年，且參與編隊的衛星數量多達上百顆甚至上千顆。這給編隊隊形設計和協同控制提出了很大的挑戰。本項目研究分散式空間太陽能電站的相對運動動力學建模、隊形設計和協同控制等問題。首先建立描述地球靜止軌道上衛星間相對運動的高精度模型。其次，設計出滿足任務幾何要求和運行安全性要求的在各主要攝動下長期被動穩定的編隊隊形。然後，針對隊形建立、重構和維持問題，考慮燃料有效性和星間碰撞規避，提出適合大規模衛星編隊的基於局部信息互動的分散式隊形協同控制方法。最後通過仿真驗證相關方法的有效性，為分散式空間太陽能電站的實現提供理論基礎。

結題摘要

作為一種很有前景的可再生能源系統，空間太陽能電站得到各已開發國家的廣泛關注。基於大規模衛星編隊的分散式空間太陽能電站具有降低空間運輸和空間裝配要求，降低任務風險和成本，提高系統的可維護性和可靠性等優點。空間太陽能電站一般運行在地球靜止軌道，壽命要求長達幾十年，且參與編隊的衛星數量多達上百顆甚至上千顆。這給編隊隊形設計和協同控制提出了很大的挑戰。本項目研究分散式空間太陽能電站的相對運動動力學建模、隊形設計和協同控制等問題。首先利用拉格朗日方程，建立了描述地球靜止軌道上衛星間相對運動的高精度模型，動力學模型考慮了太陽光壓和高階引力場多種攝動，仿真結果驗證了模型的精確性。其次，設計了滿足任務幾何要求和運行安全性要求的在各主要攝動下長期被動穩定的編隊隊形，設計出的構型在HPOP高精度軌道動力學模型驗證下能夠多天被動穩定；然後，針對隊形建立、重構等構形機動問題提出了燃料最優具有碰撞規避的分散式隊形機動軌跡最佳化方法。機動後的構形既能滿足任務幾何約束也能夠長期被動穩定。隨後針對隊形建立、重構問題，考慮燃料有效性和星間碰撞規避，提出適合大規模衛星編隊的基於局部信息互動的分散式隊形協同控制方法。構形控制精度精度高，能達到厘米級別，能滿足大多數太空飛行器編隊的構形控制精度要求。最後通過半物理仿真驗證相關方法的有效性，為分散式空間太陽能電站以及其它地球靜止軌道上太空飛行器編隊任務的實現提供理論基礎和技術支持。