基本介紹
- 中文名：衛星捕獲
- 外文名：Satellite acquisition
簡介,技術背景,技術研究現狀,國外研究現狀,國內研究現狀,
簡介
衛星捕獲技術是指衛星在地面輔助引導和自主引導下，運動到目標衛星所處的空間軌道，然後緩慢接近目標太空飛行器，最終處於給定的捕獲容差範圍內；衛星在測距感測器、視覺感測器和數據運算處理器等控制系統的相互作用下，緩慢靠近目標飛行器並與目標星實現剛性鎖緊連線，從而與目標飛行器完全整合為一體，最終使兩太空飛行器的相對速度為零的過程。
技術背景
自從人類第一顆衛星發射成功後，太空活動就不斷增加。由於運載能力的限制，空間站需由多個艙段在軌組裝而成；太空飛行器、運載器等進入空間後產生的或繞地球軌道運行的一切無任何用途的空間碎片，會給將來太空空間的可持續發展和利用產生潛在威脅；太空飛行器在軌加注能夠延長工作壽命，提高飛行器的機動性能，實現更遠距離的太空飛行；在現代化戰役中，空間對戰局的發展乃至戰役的成果都發揮著越來越重要的功用，各國均加強了空間攻防對抗技術的鑽研力度。
從而，伴隨著當今航天任務需求的不斷增多，比如在軌加注燃料、組裝國際空間站、空間攻防對抗等，各國開始深入研究在軌服務維修、空間自主交會對接等空間服務技術，甚至包括很多航天事業剛剛起步的國家也正在非常努力地發展多種空間技術。目標是最終有能力進行大型空間設施的建設、提高飛行器的軌道自主機動能力、延長飛行器使用壽命和捕獲敵方衛星。作為在軌服務核心技術的在軌衛星捕獲技術，具備極高的軍民兩用雙重價值。
技術研究現狀
國外研究現狀
國外衛星捕獲技術研究中典型的非合作方案包括美國FREND三機械臂+可更換執行器方案、德國DEOS的單機械臂+伸縮桿方案以及歐洲CX-OLEV、SMART-OLEV伸縮桿+插鎖機構和歐空局ROGER飛網方案等。
（1）美國FREND機械臂
“近期能演示驗證的空間機器人技術”是由美國國防高級研究計畫局資助的一項課題，原名為“通用軌道修正太空飛行器”，於2002年正式開展研究，後期改名為FREND機械臂，接著成功完成了兩次地面試驗研究。FREND機械臂的最大優點是：其能適用於多數空間非合作目標衛星，並能夠保持與目標星之間的相對姿態，實現捕獲後輔助目標星脫離其運行軌道。當然也適用於合作目標衛星，對其進行在軌服務等操作。
（2）德國DEOS
DEOS項目由德國宇航中心投資，德國OHB技術公司負責整個系統的管理工作。DEOS項目研究要實現的目標有：運用服務飛行器實現對一個在軌失控翻滾非合作目標衛星的捕獲。二是輔助實現任務要求的進入預定軌道的飛行器脫離其運行軌道。服務太空飛行器還通過軌道機動，與目標太空飛行器多次執行交會、捕獲和對接操作。該項目自2007年啟動以來，已完成系統定義和初始設計工作，至2010年已完成詳細的設計工作。
德國軌道服務系統DEOS
德國軌道服務系統DEOS（3）OLEV對接機構
OLEV對接機構主要有兩種：美國的軌道延壽飛行器CX-OLEV與歐洲的SMART-OLEV，兩者均屬於軌道延壽飛行器，即用於因為燃料耗盡而壽命終結的地球靜止軌道通信衛星。CX-OLEV軌道延壽器由美國軌道復活公司（ORC）和英國軌道復活有限公司（ORL）聯合研製。而SMART-OLEV是一個由歐洲企業聯盟進行管理的純商業項目，其核心裝置——捕獲工具，由德國宇航中心研製，該項目已經完成了階段B的研製工作。
國內研究現狀
國內交會對接技術剛剛起步，空間交會對接技術的環境特殊性、複雜性和高成本，使得研究成果相對較少。
2012年7月20日，我國使用“一箭三星”將三顆衛星送入預定軌道，這三顆科學實驗衛星分別為“創新三號”、“試驗七號”以及“實踐十五號”，由位於太原的衛星發射中心發射升空，長四丙運載火箭執行本次發射，三顆衛星進入軌道後，將開展一項涉及太空機械臂操作的科學實驗。“試驗七號”上裝有用於測試的機械臂，主要驗證在軌道上通過機械臂捕獲另一個太空飛行器的技術。
“試驗七號”等進行的衛星捕獲實驗中作為關鍵的在於天基目標測量，需要掌握兩個太空飛行器的相對姿態信息，這樣才能從對目標太空飛行器實施靠近作業，至少要能感知目標太空飛行器的幾何構型，哪個部位適合“下手”，綜合判斷目標太空飛行器是否可以滿足捕獲條件，這直接關係到捕獲的成敗。在中國前幾次的空間互動對接任務中，交會雷達是一個重要節點，主要使用了Ku波段、毫米波段還有雷射雷達等措施，尤其是雷射雷達，在測量精度和解析度上都較好。反衛星平台上使用CCD光學測量技術也有重要的用途，可以提供在軌捕獲時的圖像數據，對兩個太空飛行器相對姿態的判斷非常重要，其主要用於近距離的接觸，作用範圍也比雷射雷達和微波雷達要小很多，大概在幾百米的近距接觸上有著非常好的效果。
