專利名稱：一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航天器系統(tǒng)，特別涉及一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是衛(wèi)星在軍事偵查、通訊導(dǎo)航、天氣預(yù)報(bào)、資源探測、科學(xué)考察等方面的突出貢獻(xiàn)，衛(wèi)星的種類越來多，應(yīng)用越來越廣泛。但是現(xiàn)在的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，一旦發(fā)生故障或者壽命到期，無法正常工作，整個(gè)航天器系統(tǒng)就全部報(bào)廢，而沒有故障的儀器與零部件未得到充分利用。因此就出現(xiàn)了，為了降低風(fēng)險(xiǎn)增加冗余度，成本提高，發(fā)生故障后損失變大的惡性循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前航天器系統(tǒng)一旦發(fā)生故障或者壽命到期，無法正常工作，整個(gè)航天器系統(tǒng)就全部報(bào)廢損失大的問題，本發(fā)明提供一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，它包括M個(gè)服務(wù)模塊航天器和N個(gè)任務(wù)模塊航天器，M、N均為正整數(shù)；所述服務(wù)模塊航天器是指能源供給模塊航天器、數(shù)據(jù)處理模塊航天器、遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和集群控制模塊航天器；M個(gè)服務(wù)模塊航天器中有m個(gè)能源供給模塊航天器、η個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、χ個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器的集合;m，n, x, y均為正整數(shù)，M=m+n+x+y ；能源供給模塊航天器，用于收集能源，并為所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器提供能源；數(shù)據(jù)處理模塊航天器，用于接收處理所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器的狀態(tài)數(shù)據(jù)及任務(wù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行在軌圖像生成和信息提?。贿b測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器，用于接收地面站或中繼衛(wèi)星的指令，并將指令發(fā)送給集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器，同時(shí)將數(shù)據(jù)處理模塊航天器處理后的數(shù)據(jù)、圖像及信息傳送至地面站或中繼衛(wèi)星；集群控制模塊航天器，用于測量集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器之間的相對位置，還用于控制集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器的相對位置；任務(wù)模塊航天器，用于對地面遙感數(shù)據(jù)獲取、電子偵查和空間探測?；谏鲜鲆环N集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法，它包括如下步驟:根據(jù)待完成的任務(wù)選擇N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器的步驟；當(dāng)運(yùn)載器將N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器發(fā)射到指定軌道時(shí)，所述模塊航天器和運(yùn)載器分離的步驟；
控制M個(gè)服務(wù)模塊航天器中的K個(gè)服務(wù)模塊航天器與N個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，并利用L個(gè)集群控制模塊航天器采用軌道控制方法調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置的步驟，L〈K ；所述配對原則為:至少四個(gè)服務(wù)模塊航天器與一個(gè)或多個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，所述4個(gè)服務(wù)模塊航天器包括I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器；對N個(gè)服務(wù)模塊航天器進(jìn)行通訊鏈接、能量傳輸和星載儀器參數(shù)初始化，按照預(yù)定的構(gòu)形調(diào)整各個(gè)模塊航天器的軌道和姿態(tài)，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作的步驟；對所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的步驟。所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器均設(shè)置備份模塊航天器，所述系統(tǒng)的控制方法包括如下步驟:根據(jù)待完成的任務(wù)選擇N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器的步驟；當(dāng)運(yùn)載器將N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器發(fā)射到指定軌道時(shí)，所述模塊航天器和運(yùn)載器分離的步驟；控制M個(gè)服務(wù)模塊航天器中的K個(gè)服務(wù)模塊航天器與N個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，并利用L個(gè)集群控制模塊航天器采用傳統(tǒng)的軌道控制方法調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置的步驟，L〈K ；所述配對原則為:至少四個(gè)服務(wù)模塊航天器與一個(gè)或多個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，所述4個(gè)服務(wù)模塊航天器包括I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器；對N個(gè)服務(wù)模塊航天器進(jìn)行通訊鏈接、能量傳輸和星載儀器參數(shù)初始化，按照預(yù)定的構(gòu)形調(diào)整各個(gè)模塊航天器的軌道和姿態(tài)，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作的步驟；對所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的步驟；當(dāng)監(jiān)控到所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的某個(gè)模塊航天器失效時(shí)，啟動(dòng)失效的模塊航天器相應(yīng)的備份模塊航天器替換失效的模塊航天器進(jìn)行工作的步驟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，由若干個(gè)服務(wù)模塊航天器和若干個(gè)任務(wù)模塊航天器組成，根據(jù)任務(wù)的需要自由組配服務(wù)模塊和任務(wù)模塊，從而實(shí)現(xiàn)功能多樣化，快速響應(yīng)。由于模塊航天器之間無物理連接，當(dāng)模塊航天器故障或者需要提升性能時(shí)，可以獨(dú)立發(fā)射和替換單個(gè)模塊航天器，同時(shí)其他模塊航天器繼續(xù)使用，從而降低了衛(wèi)星的成本，提高元器件的利用率，也減少了太空垃圾。將服務(wù)模塊航天器和任務(wù)模塊航天器分開，有利于衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化和國際化。對于衛(wèi)星運(yùn)營商，可以根據(jù)不用的客戶需求，選擇不同性能的任務(wù)模塊航天器進(jìn)入集群工作。


圖1為本發(fā)明所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的實(shí)施例中用備份的模塊航天器替換故障模塊航天器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的實(shí)施例中更新任務(wù)模塊航天器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的實(shí)施例中根據(jù)任務(wù)增加服務(wù)模塊航天器的數(shù)量的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的實(shí)施例中分成四個(gè)集群的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，它包括M個(gè)服務(wù)模塊航天器和N個(gè)任務(wù)模塊航天器，M、N均為正整數(shù)；所述服務(wù)模塊航天器是指能源供給模塊航天器、數(shù)據(jù)處理模塊航天器、遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和集群控制模塊航天器；M個(gè)服務(wù)模塊航天器中有m個(gè)能源供給模塊航天器、η個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、χ個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器的集合;m，η, x, y均為正整數(shù)，M=m+n+x+y ；能源供給模塊航天器，用于收集能源，并為所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器提供能源；數(shù)據(jù)處理模塊航天器，用于接收處理所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器的狀態(tài)數(shù)據(jù)及任務(wù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行在軌圖像生成和信息提取；遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器，用于接收地面站或中繼衛(wèi)星的指令，并將指令發(fā)送給集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器，同時(shí)將數(shù)據(jù)處理模塊航天器處理后的數(shù)據(jù)、圖像及信息傳送至地面站或中繼衛(wèi)星；集群控制模塊航天器，用于測量集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器之間的相對位置，還用于控制集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器的相對位置；任務(wù)模塊航天器，用于對地面遙感數(shù)據(jù)獲取、電子偵查和空間探測。對于航天技術(shù)相對薄弱的國家和地區(qū)，可以根據(jù)本國國情研發(fā)任務(wù)模塊航天器，租用在軌飛行的服務(wù)模塊。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，所述任務(wù)模塊航天器為光學(xué)載荷模塊航天器或電子偵察載荷模塊航天器或雷達(dá)載荷模塊航天器；光學(xué)載荷模塊航天器，用于對地面進(jìn)行拍照，獲得地面圖像數(shù)據(jù)；電子偵察載荷模塊航天器，用于收集電磁波信息，對目標(biāo)進(jìn)行偵查、監(jiān)視和跟蹤；雷達(dá)載荷模塊航天器，用于發(fā)射和接收雷達(dá)電磁波，獲得地球的地物信息，具備全天候全天時(shí)獲取信息的能力。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，所述能源供給模塊航天器為所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)提供能源方式包括聚束太陽能、微波能或激光能。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一或二所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，所述各模塊航天器均采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，均采用近距離自由飛行的形式，通過無線鏈路進(jìn)行信息和能量的交互。
服務(wù)模塊航天器和任務(wù)模塊航天器的多個(gè)模塊航天器在軌飛行過程中沒有物理連接，采用近距離自由飛行的形式，通過無線鏈路進(jìn)行信息和能量的交互。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一或二所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，所述各模塊航天器均設(shè)置備份模塊航天器。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，它包括如下步驟:根據(jù)待完成的任務(wù)選擇N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器的步驟；當(dāng)運(yùn)載器將N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器發(fā)射到指定軌道時(shí)，所述模塊航天器和運(yùn)載器分離的步驟；控制M個(gè)服務(wù)模塊航天器中的K個(gè)服務(wù)模塊航天器與N個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，并利用L個(gè)集群控制模塊航天器采用軌道控制方法調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置的步驟，L〈K ；所述配對原則為:至少四個(gè)服務(wù)模塊航天器與一個(gè)或多個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，所述4個(gè)服務(wù)模塊航天器包括I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器；對N個(gè)服務(wù)模塊航天器進(jìn)行通訊鏈接、能量傳輸和星載儀器參數(shù)初始化，按照預(yù)定的構(gòu)形調(diào)整各個(gè)模塊航天器的軌道和姿態(tài)，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作的步驟；對所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的步驟。本實(shí)施方式可以采用現(xiàn)有軌道控制方法實(shí)現(xiàn)調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置。根據(jù)任務(wù)的具體需求，將一個(gè)大型集群分散成為若干小型集群，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)功能或組成編隊(duì)和星座實(shí)現(xiàn)整體的功能擴(kuò)展，還可以把若干小型集群集結(jié)成一個(gè)大型集群，共同完成單個(gè)小型集群不能完成的功能，每個(gè)小型集群都有一個(gè)集群控制模塊航天器控制。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
五所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，它還包括如下步驟:根據(jù)待完成的任務(wù)選擇N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器的步驟；當(dāng)運(yùn)載器將N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器發(fā)射到指定軌道時(shí)，所述模塊航天器和運(yùn)載器分離的步驟；控制M個(gè)服務(wù)模塊航天器中的K個(gè)服務(wù)模塊航天器與N個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，并利用L個(gè)集群控制模塊航天器采用軌道控制方法調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置的步驟，L〈K ；所述配對原則為:至少四個(gè)服務(wù)模塊航天器與一個(gè)或多個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，所述4個(gè)服務(wù)模塊航天器包括I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器；對N個(gè)服務(wù)模塊航天器進(jìn)行通訊鏈接、能量傳輸和星載儀器參數(shù)初始化，按照預(yù)定的構(gòu)形調(diào)整各個(gè)模塊航天器的軌道和姿態(tài)，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作的步驟；對所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的步驟；當(dāng)監(jiān)控到所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的某個(gè)模塊航天器失效時(shí)，啟動(dòng)失效的模塊航天器相應(yīng)的備份模塊航天器替換失效的模塊航天器進(jìn)行工作的步驟。
若發(fā)現(xiàn)某個(gè)部件故障，導(dǎo)致整個(gè)模塊失效，則啟動(dòng)系統(tǒng)中的備份模塊，交換故障模塊和備份模塊的位置，調(diào)整備份模塊的姿態(tài)，使其取代原模塊，正常工作。
具體實(shí)施方式
八:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
六或七所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，所述遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器，還用于導(dǎo)引更新的模塊航天器與所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)交會(huì)，所述控制方法還包括如下步驟:當(dāng)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器導(dǎo)引更新的模塊航天器與所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)交會(huì)時(shí)，對所述更新的模塊航天器在所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的軌道和姿態(tài)進(jìn)行分配更新的步驟。根據(jù)任務(wù)的具體需求，對于同一類任務(wù)模塊航天器，可以從地面發(fā)射更新的任務(wù)模塊航天器進(jìn)入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能提升。服務(wù)模塊航天器的擴(kuò)展，提升系統(tǒng)的服務(wù)能力。根據(jù)任務(wù)的具體需求，配合任務(wù)模塊航天器的功能擴(kuò)展和性能提升，集群控制航天器重新選擇適當(dāng)?shù)姆?wù)模塊航天器或從地面發(fā)射性能更好的服務(wù)模塊航天器與任務(wù)模塊航天器配對，形成新的集群飛行模塊航天器系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
九:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
六或七所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，它還包括如下步驟:當(dāng)某任務(wù)模塊需要重新配對時(shí)，剩余的M-K個(gè)服務(wù)模塊航天器中選擇進(jìn)行配對，并利用所述服務(wù)模塊航天器中的集群控制模塊航天器調(diào)整所述服務(wù)模塊航天器與任務(wù)模塊航天器的各模塊航天器的相對位置的步驟。
具體實(shí)施方式
十:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
六或七所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，所述軌道控制方法為噴氣控制或內(nèi)部場力的控制。每個(gè)模塊按照一定的構(gòu)形集群飛行，它們之間相對位置的控制可以采用現(xiàn)有的軌道控制方法，如噴氣控制，也可以采用內(nèi)部場力的控制，如電磁力或庫侖力。如不需要相對位置控制時(shí)，集群采用被動(dòng)穩(wěn)定軌道自由飛行。本發(fā)明還提供一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例所述的集群飛行模塊航天器系統(tǒng)主要用于對地觀測。如圖2所示，其中任務(wù)模塊航天器包括4個(gè)光學(xué)載荷模塊航天器，光學(xué)載荷分別為分辨率10m、10m、3m、3m的(XD相機(jī)。4個(gè)能源供給模塊航天器、4個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、4個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和4個(gè)集群控制模塊航天器。所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)由運(yùn)載器發(fā)射到指定軌道，系統(tǒng)與運(yùn)載器分離。能源供給模塊航天器太陽能電池翼展開，通過無線鏈路給系統(tǒng)供電，集群控制模塊航天器通過無線鏈路控制所述系統(tǒng)。各模塊航天器近距離飛行，采用軌道控制技術(shù)調(diào)整相對位置，形成一定的構(gòu)形。當(dāng)集群控制模塊航天器發(fā)現(xiàn)分辨率為3m的光學(xué)載荷模塊航天器故障，備份的3m光學(xué)載荷模塊航天器開始工作，故障的3m光學(xué)載荷模塊航天器報(bào)廢，飛離系統(tǒng)，成為太空垃圾，如圖3所示。當(dāng)需要更高分辨率為Im圖像，則由地面發(fā)射分辨率為Im的光學(xué)載荷模塊航天器更新分辨率為IOm的光學(xué)載荷模塊航天器，經(jīng)集群控制模塊航天器認(rèn)證后，替代分辨率為IOm的光學(xué)載荷模塊航天器工作，IOm的光學(xué)載荷模塊航天器變?yōu)閭浞菽K，如圖4所示。
當(dāng)需要增加數(shù)據(jù)傳輸量則備份的I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器和I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器工作，與工作的任務(wù)模塊航天器配對，將數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間從5min提升到lOmin，如圖5所示。當(dāng)需要立體圖像，備份的IOm光學(xué)載荷模塊航天器工作，相應(yīng)地增加I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器和I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸航天器配合任務(wù)模塊航天器完成任務(wù)。兩個(gè)IOm光學(xué)載荷模塊航天器調(diào)整相對位置，完成立體測繪任務(wù)，如圖5所示。當(dāng)需要對一個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測，則將系統(tǒng)分散成為4個(gè)小型集群。每個(gè)光學(xué)載荷模塊航天器與I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制航天器組成一個(gè)小型集群。飛到軌道的指定位置，形成星座，實(shí)現(xiàn)對一個(gè)目標(biāo)的連續(xù)觀測，如圖6所示。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，其特征在于，它包括M個(gè)服務(wù)模塊航天器和N個(gè)任務(wù)模塊航天器，M、N均為正整數(shù)； 所述服務(wù)模塊航天器是指能源供給模塊航天器、數(shù)據(jù)處理模塊航天器、遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和集群控制模塊航天器； M個(gè)服務(wù)模塊航天器中有m個(gè)能源供給模塊航天器、η個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、X個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器的集合;m，n, x, y均為正整數(shù)，M=m+n+x+y ； 能源供給模塊航天器，用于收集能源，并為所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器提供能源； 數(shù)據(jù)處理模塊航天器，用于接收處理所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器的狀態(tài)數(shù)據(jù)及任務(wù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行在軌圖像生成和信息提?。? 遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器，用于接收地面站或中繼衛(wèi)星的指令，并將指令發(fā)送給集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器，同時(shí)將數(shù)據(jù)處理模塊航天器處理后的數(shù)據(jù)、圖像及信息傳送至地面站或中繼衛(wèi)星； 集群控制模塊航天器，用于測量集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器之間的相對位置，還用于控制集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的各模塊航天器的相對位置； 任務(wù)模塊航天器，用于對地面遙感數(shù)據(jù)獲取、電子偵查和空間探測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，其特征在于，所述任務(wù)模塊航天器為光學(xué)載荷模塊航天器或電子偵察載荷模塊航天器或雷達(dá)載荷模塊航天器； 光學(xué)載荷模塊航天器，用于 對地面進(jìn)行拍照，獲得地面圖像數(shù)據(jù)； 電子偵察載荷模塊航天器，用于收集電磁波信息，對目標(biāo)進(jìn)行偵查、監(jiān)視和跟蹤；雷達(dá)載荷模塊航天器，用于發(fā)射和接收雷達(dá)電磁波，獲得地球的地物信息，具備全天候全天時(shí)獲取信息的能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，其特征在于，所述能源供給模塊航天器為所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)提供能源方式包括聚束太陽能、微波能或激光倉泛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，其特征在于，所述各模塊航天器均采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，均采用近距離自由飛行的形式，通過無線鏈路進(jìn)行信息和能量的交互。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)，其特征在于，所述各模塊航天器均設(shè)置備份模塊航天器。
6.基于權(quán)利要求1所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，它包括如下步驟: 根據(jù)待完成的任務(wù)選擇N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器的步驟； 當(dāng)運(yùn)載器將N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器發(fā)射到指定軌道時(shí)，所述模塊航天器和運(yùn)載器分離的步驟； 控制M個(gè)服務(wù)模塊航天器中的K個(gè)服務(wù)模塊航天器與N個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，并利用L個(gè)集群控制模塊航天器采用軌道控制方法調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置的步驟，L〈K ；所述配對原則為:至少四個(gè)服務(wù)模塊航天器與一個(gè)或多個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，所述4個(gè)服務(wù)模塊航天器包括I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器； 對N個(gè)服務(wù)模塊航天器進(jìn)行通訊鏈接、能量傳輸和星載儀器參數(shù)初始化，按照預(yù)定的構(gòu)形調(diào)整各個(gè)模塊航天器的軌道和姿態(tài)，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作的步驟； 對所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的步驟。
7.基于權(quán)利要求5所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，它還包括如下步驟: 根據(jù)待完成的任務(wù)選擇N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器的步驟； 當(dāng)運(yùn)載器將N個(gè)任務(wù)模塊航天器和M個(gè)服務(wù)模塊航天器發(fā)射到指定軌道時(shí)，所述模塊航天器和運(yùn)載器分離的步驟； 控制M個(gè)服務(wù)模塊航天器中的K個(gè)服務(wù)模塊航天器與N個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，并利用L個(gè)集群控制模塊航天器采用軌道控制方法調(diào)整集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的各模塊航天器的相對位置的步驟，L〈K ； 所述配對原則為:至少四個(gè)服務(wù)模塊航天器與一個(gè)或多個(gè)任務(wù)模塊航天器配對，所述4個(gè)服務(wù)模塊航天器包括I個(gè)能源供給模塊航天器、I個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、I個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和I個(gè)集群控制模塊航天器； 對N個(gè)服務(wù)模塊航天器進(jìn)行通訊鏈接、能量傳輸和星載儀器參數(shù)初始化，按照預(yù)定的構(gòu)形調(diào)整各個(gè)模塊航天器的軌道和姿態(tài)，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作的步驟； 對所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的步驟； 當(dāng)監(jiān)控到所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的某個(gè)模塊航天器失效時(shí)，啟動(dòng)失效的模塊航天器相應(yīng)的備份模塊航天器替換失效的模塊航天器進(jìn)行工作的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器，還用于導(dǎo)引更新的模塊航天器與所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)交會(huì)，所述控制方法還包括如下步驟: 當(dāng)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器導(dǎo)引更新的模塊航天器與所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)交會(huì)時(shí)，對所述更新的模塊航天器在所述集群飛行模塊航天器系統(tǒng)中的軌道和姿態(tài)進(jìn)行分配更新的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，它還包括如下步驟: 當(dāng)某任務(wù)模塊需要重新配對時(shí)，剩余的M-K個(gè)服務(wù)模塊航天器中選擇進(jìn)行配對，并利用所述服務(wù)模塊航天器中的集群控制模塊航天器調(diào)整所述服務(wù)模塊航天器與任務(wù)模塊航天器的各模塊航天器的相對位置的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6 或7所述的一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述軌道控制方法為噴氣控制或內(nèi)部場力的控制。
全文摘要
一種集群飛行模塊航天器系統(tǒng)及其控制方法，涉及一種航天器系統(tǒng)。為了解決目前航天器系統(tǒng)一旦發(fā)生故障或者壽命到期，無法正常工作，整個(gè)航天器系統(tǒng)就全部報(bào)廢損失大的問題。它包括M個(gè)服務(wù)模塊航天器和N個(gè)任務(wù)模塊航天器；所述服務(wù)模塊航天器是指能源供給模塊航天器、數(shù)據(jù)處理模塊航天器、遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和集群控制模塊航天器；M個(gè)服務(wù)模塊航天器中有m個(gè)能源供給模塊航天器、n個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊航天器、x個(gè)遙測控與數(shù)據(jù)傳輸模塊航天器和y個(gè)集群控制模塊航天器的集合；m,n,x,y均為正整數(shù)，M=m+n+x+y；單一或多個(gè)任務(wù)模塊航天器與服務(wù)模塊航天器配對，啟動(dòng)任務(wù)模塊航天器開始工作。它用于完成航天任務(wù)。
文檔編號G05D1/00GK103116325SQ20121055592
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者曹喜濱, 張錦繡, 化金, 蘭盛昌, 孫兆偉, 邢雷, 王峰, 張志剛, 侯振東, 陳慶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)