一种基于巡游机器人的在轨故障检测及维护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星在轨故障检测及维护方法，特别是一种基于巡游机器人的在轨故障检测及维护方法。
【背景技术】
[0002]目前空间技术已经进入了快速发展期，预计至2020年，中国卫星在轨数量将突破200颗，而这些卫星主要分布在GEO、MEO和SSO轨道，包括对地观测、通信、导航、电子侦察及对抗、预警等应用卫星。这些卫星成本高昂、结构复杂、寿命周期长，在生命周期内一旦出现故障，会造成巨大的经济损失。在这些卫星故障中，一部分可通过测控链路启动系统冗余备份或地面指令切换恢复，然而另一部分故障由于卫星姿态翻滚、测控失效、复杂的故障状态等原因无法进行修复。因此，为保障高价值卫星长期稳定运行，必须发展卫星在轨检测、故障恢复等服务能力。
[0003]目前卫星的故障检测大部分通过地面站对卫星传送回的遥测信息来进行分析判断的，这种方式是建立在卫星测控系统工作正常的条件下，一旦测控系统出现故障，相关遥测信息就无法获取。高性能巡游机器人具备很强的姿态控制能力，可以在高负载条件下着陆卫星表面进行遍历巡游。目前，仿生类巡游机器人已在国际空间站上得到初步应用，能够替代宇航员发现空气泄漏等意外故障，而对于卫星或航天器在轨故障检测恢复尚未见资料报道。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是:克服现有技术中测控系统故障时不能获取遥测信息来对卫星故障进行检测与维护的不足，提供了一种在卫星表面实施的基于巡游机器人的在轨故障检测及维护方法。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种基于巡游机器人的在轨故障检测及维护方法，包括如下步骤:
[0006](I)将巡游机器人放于救援卫星并将救援卫星朝向目标卫星发射，当救援卫星与目标卫星距离不大于Ikm时，救援卫星测量目标卫星形貌信息并解算目标卫星的姿态及轨道后将目标卫星形貌信息、姿态及轨道送至巡游机器人中的控制中心计算机，控制巡游机器人与救援卫星分离，并令巡游机器人依靠其轨道控制推力器按照目标卫星的轨道朝目标卫星靠近；所述巡游机器人包括控制中心计算机、探测通信模块、轨道控制推力器、姿态控制推力器；
[0007](2)巡游机器人与救援卫星分离后，使救援卫星实时测量目标卫星的姿态轨道并送至巡游机器人，令巡游机器人实时接收目标卫星的姿态轨道并依靠其探测通信模块测量目标卫星的位置后，使用其轨道控制推力器修正自身运动轨道来接近目标卫星，同时使用测量得到的目标卫星的位置计算巡游机器人与目标卫星的距离并判断；
[0008](3)如果巡游机器人与目标卫星的距离不大于100m，则使巡游机器人根据目标卫星的姿态开启姿态控制推力器调整运动姿态，同时接收救援卫星实时发送的目标卫星的姿态并转入步骤(4);如果巡游机器人与目标卫星的距离大于100m，则使巡游机器人继续实时接收目标卫星的姿态轨道并依靠其探测通信模块测量目标卫星的位置后，使用其轨道控制推力器修正运动轨道靠近目标卫星，直至巡游机器人与目标卫星的距离不大于100m，然后使巡游机器人根据目标卫星的姿态开启姿态控制推力器调整运动姿态，同时接收救援卫星实时发送的目标卫星的姿态并转入步骤(4);
[0009](4)如果巡游机器人与目标卫星的姿态差不大于10_3°，则根据救援卫星发送的目标卫星形貌信息寻找目标卫星的吸附面，然后令巡游机器人使用姿态控制推力器调节巡游机器人的姿态直至巡游机器人与目标卫星的吸附面平行，如果巡游机器人与目标卫星的姿态差大于10_3°，则令巡游机器人使用姿态控制推力器调节其姿态直至巡游机器人与目标卫星的姿态差不大于10_3°，然后重复根据救援卫星发送的目标卫星形貌信息寻找目标卫星的吸附面，使巡游机器人使用姿态控制推力器调节巡游机器人的姿态直至巡游机器人与目标卫星的吸附面平行；所述吸附面为目标卫星表面中具有较好平面度且面积大于巡游机器人的区域；
[0010](5)使巡游机器人垂直向目标卫星的吸附面碰撞，并在接触瞬间依靠巡游机器人表面有粘性的聚合物粘附到目标卫星吸附面，然后使巡游机器人依靠探测通信模块探测吸附面周围星表信息后，使用控制中心计算机规划至目标卫星的星表测试接口位置的路径，得到规划路径后令巡游机器人沿规划路径爬行至目标卫星的星表测试接口位置；
[0011](6)到达目标卫星的星表测试接口位置后，使巡游机器人将其控制中心计算机与目标卫星的星表测试接口连接，建立其与目标卫星的链路连接；
[0012](7)令巡游机器人的控制中心计算机向目标卫星发送握手信号，
[0013]如果两者握手成功，则令巡游机器人的控制中心计算机对目标卫星的所有分系统设备进行总线周期性轮询，
[0014]如果目标卫星各分系统设备返回总线周期性轮询指令状态字中的“服务请求位”均被置为1，则该目标卫星分系统设备处于工作状态，发送目标卫星所有分系统设备均处于工作状态的指令并通过救援卫星转发至地面，在轨故障检测完成，
[0015]如果目标卫星存在分系统设备返回总线周期性轮询指令状态字中的“服务请求位”被置成0，则转入步骤(8)，
[0016]如果两者握手不成功，则使巡游机器人的控制中心计算机接管目标卫星连接至总线的各分系统设备，转入步骤(8);
[0017](8)使巡游机器人的控制中心计算机获取目标卫星连接至总线各分系统设备的标识位并通过救援卫星转发送至地面，然后接收由救援卫星中转的地面发送的目标卫星各分系统设备标识位的初始化参数，使用该初始化参数控制目标卫星各分系统设备初始化，重新对目标卫星各分系统进行总线周期性轮询，
[0018]如果目标卫星存在分系统设备返回总线周期性轮询指令状态字中的“服务请求位”被置成0，则对应的目标卫星分系统物理故障，令巡游机器人的控制中心计算机接管目标卫星总线控制权，发送目标卫星存在分系统设备物理故障且巡游机器人已经接管目标卫星的指令并通过救援卫星转发至地面，在轨故障检测完成，
[0019]如果目标卫星各分系统设备返回总线周期性轮询指令状态字中的“服务请求位”均被置为1，则目标卫星发生故障的分系统设备故障被排除，发送目标卫星所有分系统设备均处于工作状态的指令并通过救援卫星转发至地面，在轨故障检测完成。
[0020]所述的巡游机器人包括多个结构形状完全相同的关节，关节两两正交相连，关节两端各设有安装孔且两端的安装孔互相垂直，得到规划路径后巡游机器人通过各个关节的相对运动爬行至目标卫星的星表测试接口位置。
[0021]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0022](I)本发明方法将巡游机器人用于卫星或航天器的在轨故障的检测及维护，使机器人在卫星表面巡游并进行检测维护，克服了现有技术在通过分析卫星传回的遥测信息判断卫星故障时，如果测控系统出现故障则不能获取遥测信息来分析故障的不足，能够在测控系统出现故障时对卫星故障进行检测和修复；
[0023](2)本发明方法与现有技术相比，在卫星分系统设备发生物理故障不能通过初始化进行修复时，通过巡游机器人的控制中心计算机接管卫星总线控制器，进而控制所有联系至总线的目标卫星分系统设备，实现对目标卫星的物理故障修复；
[0024](3)本发明方法与现有技术相比，提出的巡游机器人一体化接口固连形成，具有极高的变形度，在发射火箭中，可蜷缩收拢以减少体积；在被