空间电站是解决人类未来能源危机的理想途径之一。本文基于我国未来空间电站建设任务需求, 针对空间电站 (超) 大型空间结构在轨装配、大尺度挠性体复杂结构在轨展开等问题进行研究, 设计空间电站多类结构在轨组装策略及任务流程;设计服务飞行器精确协同展开大尺度挠性体的控制、导航方法;建立地面验证仿真系统。为我国未来空间大型设施在轨组装提供技术支撑。

一, 设计了以桁架和膜结构为主要构成的空间电站方案。桁架和膜结构在地面以收拢状态发射入轨, 由多组服务飞行器取出、展开并在轨装配。文章细化了结构形式、种类、数量, 明确了桁架结构形式, 设计了以辅助装配机器人为主的膜结构组装分系统输入。与一般的桁架膜结构机电一体化展开方式相比, 具有可重复性、高机动性以及发射载荷空间利用率最大化等优点。

二、设计了多服务飞行器协同展开大尺度膜结构的控制、导航方法。基于后勤服务平台 (如空间站) 提供精准相对导航信息, 考虑空间复杂环境 (如通信约束、未知扰动存在等) , 设计了大尺度柔性体展开过程中, 服务飞行器系统姿轨协同控制方法。定义了任务不同阶段多服务飞行器之间的编队队形, 设计了任务过程中队形保持、变换逻辑。与一般空间电站组成方案相比, 本文方案具有较高的自主性。

三、建立了完整的地面验证仿真系统。本文采用了两套系统对工作进行验证。首先建立了一套以四旋翼无人机为平台的初步验证系统。系统采用以Pixhawk飞行控制器控制的四旋翼无人机模拟在轨服务飞行器的位姿变化。每个无人机固连HTC tracker, 通过移植HTC Lighthouse技术建立室内定位系统, 为无人机提供≤1cm的精准导航信息。该无人机平台可对组装方案、组装流程、结构展开速度、牵引速度、展开过程中通信约束及扰动影响、膜结构张力以及编队展开构形与保持等任务进行初步的仿真验证。然后利用已有的五自由度气浮仿真平台可验证卫星姿态协同控制算法、张拉接口特性以及燃料消耗等问题。