一种在轨航天器故障诊断与长期状态监测方法

技术领域

本发明涉及航天应用技术领域，尤其是涉及一种在轨航天器故障诊断与长期状态监测方法。

背景技术

当前，在轨运行的航天器极容易出现故障，造成重大损失。尤其是供配电失效、测控中断、结构损伤等在轨故障，会导致卫星姿态紊乱、轨道异常，甚至造成飞行器业务中断或整星失效。当前的质量问题归零工作一般根据故障前后的遥测数据开展故障定位和故障机理分析。在故障定位和地面复现过程中，可能存在因遥测信息不足导致无法完成故障确切定位的问题，无法实现故障的眼见为实与确切定位，也无法制定有效的救援措施。因此，迫切需要使用具备健康诊断与长期状态监测功能的飞行器，抵近受损目标表面，配合开展救援工作。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案。

本发明提供了一种在轨航天器故障诊断与长期状态监测方法，包括：

利用微纳卫星与在轨航天器建立轨道绕飞关系；

在所述微纳卫星绕飞过程中，利用配置的三维重建相机和光学相机对所述在轨航天器进行健康诊断；

若所述在轨航天器健康受损，则在所述在轨航天器上选取吸附停靠位置；

若所述吸附停靠位置得到确认，则所述微纳卫星抵近所述吸附停靠位置以使所述微纳卫星上配置的吸附载荷与所述吸附停靠位置接触吸附；

若确认所述吸附载荷与所述吸附停靠位置吸附，则所述微纳卫星与所述吸附载荷脱离，所述微纳卫星执行其他任务，所述吸附载荷在所述吸附停靠位置长期停靠以监测所述在轨航天器的运行信息和轨道信息。

优选地，所述利用微纳卫星与在轨航天器建立轨道绕飞关系之前还包括：利用运载火箭将微纳卫星发射入轨，并在地面站轨道预报信息支持下，调整轨道机动至在轨航天器附近。

优选地，所述对所述在轨航天器进行健康诊断包括：对所述在轨航天器的表面结构进行查看分析。

优选地，所述利用配置的三维重建相机和光学相机对所述在轨航天器进行健康诊断包括：

利用三维重建相机获取所述在轨航天器表面结构的三维点云信息；

利用光学相机获取所述在轨航天器表面结构的光学图像；

利用所述三维点云信息和光学图像判断所述在轨航天器表面结构是否受损，实现对所述在轨航天器进行健康诊断。

优选地，在所述在轨航天器上选取吸附停靠位置包括：

利用三维重建相机获取所述在轨航天器表面结构的三维点云信息；

根据所述三维点云信息选取吸附停靠位置。

优选地，所述吸附载荷在所述吸附停靠位置长期停靠以监测所述在轨航天器的运行信息和轨道信息之后，还包括：所述吸附载荷定期向地面站传输监测到的所述在轨航天器的运行信息和轨道信息。

本发明的有益效果是：本发明为在轨高价值空间飞行器提供了一种经济、可信、高效的故障诊断与长期监测手段，弥补了在轨航天器防护能力不足的问题，提高了空间资产运行的安全性，可作为在轨航天器的一种典型防护应用方法。

附图说明

图1为本发明所述在轨航天器故障诊断与长期状态监测方法流程示意图；

图2为本发明所述方法的应用场景示意图；

图3为本发明中微纳卫星、吸附载荷、地面站的信息传递关系示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种在轨航天器故障诊断与长期状态监测方法，包括：

S101，利用微纳卫星与在轨航天器建立轨道绕飞关系；

S102，在所述微纳卫星绕飞过程中，利用配置的三维重建相机和光学相机对所述在轨航天器进行健康诊断；

S103，若所述在轨航天器健康受损，则在所述在轨航天器上选取吸附停靠位置；

S104，若所述吸附停靠位置得到确认，则所述微纳卫星抵近所述吸附停靠位置以使所述微纳卫星上配置的吸附载荷与所述吸附停靠位置接触吸附；

S105，若确认所述吸附载荷与所述吸附停靠位置吸附，则所述微纳卫星与所述吸附载荷脱离，所述微纳卫星执行其他任务，所述吸附载荷在所述吸附停靠位置长期停靠以监测所述在轨航天器的运行信息和轨道信息。

上述方法的特点是利用观测载荷(三维重建相机和光学相机)对在轨航天器(目标卫星)的健康状态进行详查，利用吸附载荷对目标卫星进行监测。具体的，在目标卫星运行轨道附近布置一颗成本较低的微纳卫星，在使用过程中，可保证微纳卫星可以快速抵进目标卫星(如果健康受损)。通过在微纳卫星上配备的三维重建相机和光学相机一起使用，分别获取得到三维点云信息和光学图像，并利用光学图像和三维点云信息融合处理的运行模式判断目标卫星的受损情况；并根据受损情况选择吸附停靠位置；另外，在微纳卫星上配备小型吸附载荷，该吸附载荷可与微纳卫星脱离，并吸附寄生至受损的目标卫星表面对目标卫星的位置信息和运行信息等进行监测，并定期将监测到的信息向地面站发送。微纳卫星与吸附载荷脱离后可离开并执行其他任务。可见，本发明为在轨高价值空间飞行器提供了一种经济、可信、高效的故障诊断与长期监测手段，弥补了在轨航天器防护能力不足的问题，提高了空间资产运行的安全性。

其中，吸附载荷的主要结构可以由吸附/分离机构、信标单元等组成。使用过程中，吸附/分离机构可利用生化技术产生粘性以适应不同粗糙程度的目标表面进行吸附，还可利用自清洁技术从不同粗糙程度的目标表面脱离；信标单元可利用太阳能进行充电，提供电能用于轨道信息记录，利用其通信天线传送信息。

在本发明实施例中，所述利用微纳卫星与在轨航天器建立轨道绕飞关系之前还包括：利用运载火箭将微纳卫星发射入轨，并在地面站轨道预报信息支持下，调整轨道机动至在轨航天器附近。

其中，对所述在轨航天器进行健康诊断包括：对所述在轨航天器的表面结构进行查看分析。

在本发明的一个优选实施例中，所述利用配置的三维重建相机和光学相机对所述在轨航天器进行健康诊断包括：

利用三维重建相机获取所述在轨航天器表面结构的三维点云信息；

利用光学相机获取所述在轨航天器表面结构的光学图像；

利用所述三维点云信息和光学图像判断所述在轨航天器表面结构是否受损，实现对所述在轨航天器进行健康诊断。

在本发明的另一个实施例中，在所述在轨航天器上选取吸附停靠位置进一步包括：

利用三维重建相机获取所述在轨航天器表面结构的三维点云信息；

根据所述三维点云信息选取吸附停靠位置。

其中，所述吸附载荷在所述吸附停靠位置长期停靠以监测所述在轨航天器的运行信息和轨道信息之后，还包括：所述吸附载荷定期向地面站传输监测到的所述在轨航天器的运行信息和轨道信息。

如图2所示的本发明的一个重要应用场景。微纳卫星对目标卫星进行绕飞，基于光学相机、三维重建相机对目标卫星的表面结构详查，确认目标卫星存在损伤后，微纳卫星抵近机动至目标卫星表面的吸附停泊位置处，并释放吸附载荷，确认吸附载荷吸附成功后，微纳卫星撤离执行其他任务，吸附载荷长期附着监测目标卫星并定期下传轨道位置和运行等信息。

如图3所示的微纳卫星、吸附载荷、地面站的工作过程主要包括：①地面站提供目标卫星的相关信息传递给微纳卫星，给予轨道预报信息支持，以及改变轨道、载荷使用等任务指令；②微纳卫星基于光学成像、吸附载荷信息，反馈给地面站吸附效果；③吸附载荷基于吸附效果，对微纳卫星发出状态信息；④地面站基于任务要求，对吸附载荷发出唤醒、位置询问、继续监测等任务指令；⑤吸附载荷收悉地面站信息并做出相关回应。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。