GEO航天器在轨维护的动力学、控制与安全接近问题

To make up the precious orbit resource, the geostationary orbit (GEO), it needs to deal with the malfunctioned satellite on GEO. It is called on-orbit servicing GEO, including repairing and re-orbiting. The high precision measure is required to obtain the capture position of the malfunctioned satellite in the servicing mission. Safe trajectories in close approach phase in path-planning are also required to achieve accurate capture. The dynamics and control of malfunctioned satellite on GEO orbit will be studied for passively safe fly-around and hovering of the malfunctioned satellite and emergency maneuver with consideration of three engineering factors: solar radiation pressure perturbations, high precision observation requirements, and safety constraints, including modeling and analysis of relative motion with coupled translational and attitude dynamics considering solar radiation pressure perturbations; trajectory design and control of fast fly-around combining nature and control fly-around; Optimal hovering control with consideration of observation requirements; safety constrained path planning and emergency maneuver at the malfunctioned satellite. The research will reveal influence mechanism of solar radiation pressure on the precision of fly-around, present the optimal fly-around and hovering strategy, and generate safe approaching trajectories and plan emergency maneuver at malfunctioned satellite. It will finally provide theory foundation and technology support for the future on-orbit servicing in our country.

为能够充分利用地球静止轨道（GEO）资源，需对GEO上失效航天器进行在轨修复或清除。在执行该类空间任务时，要求测量精度足够高以获得失效航天器精确的抓捕部位的位姿信息，同时接近过程的安全性需充分考虑以实现精确捕获。本项目针对GEO上的失效航天器，考虑太阳光压摄动、高精度测量要求、接近过程的安全需求等因素，研究对失效航天器进行绕飞、悬停及防撞和机动避撞等操作的动力学与控制相关问题。主要研究考虑太阳光压的航天器相对运动姿轨耦合动力学建模与分析、自然-受控结合的快速绕飞轨迹控制方法、结合观测任务的最优悬停控制方法、GEO上失效航天器安全接近轨迹规划以及紧急避撞机动策略。研究结果可以揭示太阳光压对绕飞精度的影响机理，获得失效航天器的最优绕飞和悬停新策略，提出对失效航天器的高可靠性的接近轨迹和紧急避撞新方法，为我国未来的高轨航天器在轨服务提供理论基础和技术支持。

为能够充分利用地球静止轨道（GEO）资源，需对GEO上失效航天器进行在轨修复或清除。在执行该类空间任务时，要求测量精度足够高以获得失效航天器精确的抓捕部位的位姿信息，同时接近过程的安全性需充分考虑以实现精确捕获。本项目针对GEO上的失效航天器，考虑太阳光压摄动、高精度测量要求、接近过程的安全需求等因素，研究对失效航天器进行绕飞、悬停及防撞和机动避撞等操作的动力学与控制相关问题。主要研究了考虑太阳光压的航天器相对运动姿轨耦合动力学建模与分析、自然-受控结合的快速绕飞轨迹控制方法、结合观测任务的最优悬停控制方法、GEO上失效航天器安全接近轨迹规划以及紧急避撞机动策略。研究成果揭示了太阳光压对绕飞精度的影响机理，阐述了失效航天器的最优绕飞和悬停策略，提出了对失效航天器的高可靠性的接近轨迹和紧急避撞新方法，为我国未来的高轨航天器在轨服务提供了理论基础和技术支持。.基于本基金的研究，已经在航空航天领域著名期刊发表SCI期刊论文12篇，国际会议论文7篇，获得授权国家发明专利5项，受理国家发明专利4项；在项目的支持下，举办国际学术会议/论坛2次，获得国家级竞赛冠军1次，承办国家级竞赛1次；本项目执行以来，培养了10名硕士研究生和12名博士研究生，已经毕业硕士研究生9名，博士研究生4名；项目共资助研究生参与国际暑期学校13人次，博士生参与联合培养4人次；邀请外国专家来华讲座/授课7人次。