面向交会对接的航天器推力器配置问题研究

The six-degree translation and rotation control makes higher demands on thruster configuration of the spacecraft which intend to complete a rendezvous and docking task. Although some spacecrafts have already completed the rendezvous and docking task, problems exist in their thruster configurations, such as a large amount of thrusters, the low efficiency in thruster using. Therefore, the widely used thruster configuration method that only considers translation control or rotation control cannot satisfy the requirement of rendezvous and docking task any more. For the target of achieving the task by using fewer thrusters, share the same thrusters in translation control and rotation control become unavoidable. This work study on the feasible criterion of the thruster configuration through a deep analysis about the control capability requirement of rendezvous and docking tasks. On this basis, principles of feasible and optimal configuration design are discussed respectively. Finally, the theoretical system for thruster configuration problem of rendezvous and docking can be established, which will become the theoretical foundation of manned space program, lunar probing program and manned mission to moon.

交会对接平移姿态六自由度控制任务对航天器的推力器配置提出了更高的要求。目前已成功完成交会对接任务的航天器，其推力器配置存在着推力器个数过多，使用效率低等问题。因此，目前工程中广泛采用的根据单一控制量方向正交对称的推力器配置方式已经不能适应交会对接任务的需求。为了以较少的推力器数目更高效地完成任务，并保证较高的系统冗余度，位置控制与姿态控制多个控制量方向共用推力器势在必行。本项目通过深入分析交会对接任务对推力器配置控制能力的需求，研究交会对接航天器推力器配置可行的判别准则，在此基础上探究交会对接航天器推力器的可行配置和优化配置原则，最终建立一套针对交会对接任务的航天器推力器配置设计理论体系。本项目的研究成果可为后续涉及交会对接的载人三期、探月三期、载人登月等任务提供推力器配置分析和设计的理论基础。

交会对接平移姿态六自由度控制任务对航天器的推力器配置提出了更高的要求。目前已成功完成交会对接任务的航天器，其推力器配置存在着推力器个数过多，使用效率低等问题。因此，目前工程中广泛采用的根据单一控制量方向正交对称的推力器配置方式已经不能适应交会对接任务的需求。为了以较少的推力器数目更高效地完成任务，并保证较高的系统冗余度，位置控制与姿态控制多个控制量方向共用推力器势在必行。本项目深入分析了交会对接任务对推力器配置控制能力的需求，提出了一种姿轨一体的推力器控制指令最优化分配算法并通过仿真验证了其有效性，理论证明并给出了交会对接航天器推力器配置可行的判别准则，在此基础上推导了交会对接航天器推力器的可行配置构造方法，建立了配置优化模型并结合任务给出了仿真结果，最终建立了一套针对交会对接任务的航天器推力器配置设计理论体系。本项目的部分研究成果已应用于载人三期交会对接航天器的方案论证中，可为后续涉及交会对接的载人三期、探月三期、载人登月等任务提供推力器配置分析和设计的理论基础。