NanoTug Swarm主动去轨碎片的概念设计与分析

本文探讨了一种基于群集的概念，即部署一组称为NanoTug的纳米卫星，以捕获并合作稳定和去轨太空碎片。该研究聚焦于任务的稳定和去轨阶段，在此期间，每个NanoTug都配备推进器以执行去轨机动。发展了一种解析方法，以初步理解 swarm系统参数、碎片属性与任务性能之间的关系，随后通过数值仿真进行验证。考虑了两种NanoTug分布策略，即随机分布和预定义分布，并评估了其对任务性能的影响。通过沿着最大化半长轴减小方向推进来实现去轨，而通过Lyapunov-based控制律来控制碎片-NanoTugs组合系统的姿态。实现了一种任务分配策略，用于为单个推进器分配开/关命令。仿真结果表明，解析的群集 sizing方法是可行的；然而，由于采用一阶估计的简化假设，需要对系统sizing保留裕度。本文展示了针对碎片去轨的控制方法通过代表性任务仿真是可行的。在NanoTug在碎片表面的分布方面，预定义策略提供了更好的性能，需要更少的NanoTug并提供更可预测的行为，而随机分布导致NanoTug推进器频繁切换。总体而言，结果凸显了基于群集的NanoTug概念对于协作碎片稳定和去轨的可行性。