Ensamblaje en órbita de una gran estructura de truss espacial sin combustible utilizando la repulsión de la nave espacial de servicio por manipuladores robóticos
Autores: Orlov, Vladislav; Monakhova, Uliana; Ovchinnikov, Mikhail; Ivanov, Danil
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Ensamblaje en órbita de una gran estructura de truss espacial sin combustible utilizando la repulsión de la nave espacial de servicio por manipuladores robóticos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Mantenimiento de naves espaciales
Enfoque de control de movimiento
Ensamblaje de estructuras de celosía
Manipuladores robóticos
Velocidad de repulsión
Problema de optimización
Licencia
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Se desarrolla en este documento un enfoque de control de movimiento para una nave espacial de servicio para el problema de ensamblaje de estructuras de truss en órbita. Se considera que un contenedor de carga con un conjunto de varillas y la nave espacial de servicio están inicialmente en órbita. El procedimiento de ensamblaje se basa en el movimiento de vuelo libre de la nave espacial entre los puntos especificados de la estructura. La nave espacial está equipada con dos manipuladores robóticos capaces de unirse a la estructura y sostener varillas. Además, la nave espacial puede repelerse de la estructura con una velocidad relativa dada utilizando un manipulador, de modo que la nave espacial y la estructura reciben impulsos. El vector de velocidad de repulsión se calcula para alcanzar el punto objetivo de la estructura para entregar e instalar la varilla en la estructura de truss, o para alcanzar el contenedor de carga y tomar una varilla. El problema de buscar la velocidad de repulsión se formula como un problema de optimización con restricciones, teniendo en cuenta el valor limitado de la velocidad de repulsión, la evitación de colisiones con la estructura, las restricciones sobre la velocidad angular y el movimiento translacional de la estructura en el marco de referencia orbital. Este problema se resuelve numéricamente con un vector de suposición inicial obtenido analíticamente para casos de movimiento simplificados. Se demuestra la aplicación del esquema de control propuesto al ensamblaje de una antena basada en truss. Se muestra que la nave espacial de servicio se transfiere con éxito entre los puntos de la estructura mediante la repulsión del manipulador. Se discuten las principales características y limitaciones del problema de ensamblaje utilizando una nave espacial con dos manipuladores.
Descripción
Se desarrolla en este documento un enfoque de control de movimiento para una nave espacial de servicio para el problema de ensamblaje de estructuras de truss en órbita. Se considera que un contenedor de carga con un conjunto de varillas y la nave espacial de servicio están inicialmente en órbita. El procedimiento de ensamblaje se basa en el movimiento de vuelo libre de la nave espacial entre los puntos especificados de la estructura. La nave espacial está equipada con dos manipuladores robóticos capaces de unirse a la estructura y sostener varillas. Además, la nave espacial puede repelerse de la estructura con una velocidad relativa dada utilizando un manipulador, de modo que la nave espacial y la estructura reciben impulsos. El vector de velocidad de repulsión se calcula para alcanzar el punto objetivo de la estructura para entregar e instalar la varilla en la estructura de truss, o para alcanzar el contenedor de carga y tomar una varilla. El problema de buscar la velocidad de repulsión se formula como un problema de optimización con restricciones, teniendo en cuenta el valor limitado de la velocidad de repulsión, la evitación de colisiones con la estructura, las restricciones sobre la velocidad angular y el movimiento translacional de la estructura en el marco de referencia orbital. Este problema se resuelve numéricamente con un vector de suposición inicial obtenido analíticamente para casos de movimiento simplificados. Se demuestra la aplicación del esquema de control propuesto al ensamblaje de una antena basada en truss. Se muestra que la nave espacial de servicio se transfiere con éxito entre los puntos de la estructura mediante la repulsión del manipulador. Se discuten las principales características y limitaciones del problema de ensamblaje utilizando una nave espacial con dos manipuladores.