空间有主交会对接方案设计

本书中的自主交会对接是指在交会对接过程中，追踪器不依靠航天员的辅助操作和地面站的遥控操作，由自身所携带的测量设备和机载计算机，独立完成获取相对运动信息、处理信息及生成控制指令等任务，以控制执行机构实现交会对接的过程。

当航天器之间的距离较远时，航天器之间的相对运动主要靠地面站提供的测量信息进行运动控制，因而该阶段无法完成自主交会对接。当航天器之间距离较近时，C上的机载测量设备开始工作并能够提供航天器间的相对运动信息后，系统有条件完成自主交会对接。所以，空间自主交会对接的研究范围是C携带的相对导航设备开始工作后的飞行阶段。

为成功实现交会对接，自主交会对接过程被划分为接近、绕飞和并拢三个过程，分别实现接近T，寻找对接口和向对接口平移靠拢的任务，如图4所示。图4所表示的交会对接过程存在如下特点：交会对接过程属于空间交会对接；该交会对接轨线能够完成交会对接任务，且飞行轨线直接简单；该交会对接轨线体现了轨道控制与姿态控制协同配合的问题。

图4　自主交会对接过程

接近、绕飞和并拢三段顺序连接，各自独立。接近段初态是系统变轨后的状态，控制任务是减小视线距离；绕飞段的初态是接近段终态，控制目标是使C与T的对接口相对，即消除C与T对接口之间的相对角度差；并拢段的初态是绕飞段的终态（但需将视线信息转化成直角信息），终态是相对距离和相对速度都为0的状态。为了便于控制，三段终态均设置为可以驻留的状态，以供航天器进行姿态重捕获或者轨道修正，为下一个阶段的交会对接做好准备。

在上述三段中，系统对测量和控制精度的要求不同。在接近段，由于航天器之间的距离较远，故系统对测量和控制精度要求低。在绕飞段，航天器之间的距离较近，系统对测量和控制精度的要求高于接近段。在并拢段，由于航天器之间的距离很近，容易发生T与C相撞事故，故系统对测量和控制精度的要求最高。为了实现软对接，根据文献［96］，并拢段终端需要相对位置误差小于±5cm，相对速度误差小于±2mm／s，姿态角度误差应小于0.5°。

上述三段在信息获取、信息处理任务、数学模型、位姿配合、控制器设计等方面都不相同，在以后的分析中会逐步展开分析。