本发明属于空间在轨维修服务，涉及一种在轨维修服务系统及方法。
背景技术：
1、过去二十年间，在轨航天器数量爆发式增长，空间资源日趋紧张，未来将会有更多的航天器发射入轨。随着科技的发展，在轨航天器的功能日趋增多，研制成本更加昂贵，在轨寿命要求更长，从而对在轨高价值卫星进行维护服务的需求更加迫切。地球静止轨道(geostationary orbit，geo)是极其重要的有限空间资源，轨位极其稀缺，随着越来越多卫星进入geo轨道，移除geo轨道失效航天器，高效利用geo轨道的需求日趋迫切。
2、在轨服务一般来说包括故障维修、碎片清理、物资补给、在轨组装等几类。故障维修是指对在轨发生故障的卫星执行帆板或天线等辅助展开、功能模块更换等修复性操作；碎片清理是指对滞留在轨道上的空间碎片、废弃卫星进行主动和被动的捕获清除，维护轨道环境；物资补给是指对卫星的消耗品进行补给，延长使用寿命，最典型的是补加推进剂；在轨组装是指利用功能模块在轨构建大型设施，比如超大型天线的在轨组装等。现阶段，服务飞行器的设计局限于单一服务功能，如推进剂补加、碎片拖曳移除等，未来服务飞行器发展趋势将集多种服务功能于一身，向着服务功能多元化方向发展。
3、在轨维修操作服务任务和拖曳移除任务中，捕获目标卫星是开展任务的前提条件。当前已在轨的故障卫星并没有事先安装适应机械臂抓捕工具的适配器，并且自身可能存在复杂的自旋、章动等运动，对动态捕获能力要求极高。大中型服务飞行器存在质量和尺寸大的缺点，精确姿态控制难度大，超近距对目标卫星进行抓捕和操作过程中，极易发生碰撞风险。微小型服务飞行器因受质量、尺寸和资源等限制，所携带的目标特性探测载荷和服务操作载荷等有限，功能受限，不能胜任较为复杂的在轨服务任务。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种在轨维修服务系统及方法，解决现有捕获目标方式可实施性差、操作风险大的问题。
2、本发明解决技术的方案是：一种在轨维修服务系统，包括服务飞行器和微小型操作飞行器，微小型操作飞行器配置附着装置；
3、服务飞行器，具备在轨大范围机动、目标特性探测功能，携带多个微小型操作飞行器；
4、微小型操作飞行器，具备近距离机动、附着目标星、目标星上巡视和维修操作功能；
5、服务飞行器机动至目标星附近，释放微小型操作飞行器，微小型操作飞行器自主机动至目标星附着区域，通过微小型操作飞行器上的附着装置对目标星进行捕获连接，微小型操作飞行器与附着装置分离，微小型操作飞行器在目标星上进行在轨服务操作，完成服务任务后，微小型操作飞行器与附着装置重新固定连接形成组合体，附着装置与目标星脱离附着，服务飞行器将微小型操作飞行器回收。
6、进一步的，所述服务飞行器配置目标探测载荷，用于对目标星的姿态、运动特性及附着区域进行探测，服务飞行器根据探测到的目标星数据对微小型操作飞行器的飞行路径进行计算规划，并将规划信息传递至微小型操作飞行器。
7、进一步的，绳索一头连接附着装置，另一头连接服务飞行器。
8、进一步的，所述服务飞行器配置缆绳牵引装置和缆绳收紧装置；
9、缆绳牵引装置，用于将需要更换的模块沿绳索运送至目标星上；
10、缆绳收紧装置，用于附着装置与目标星形成稳定连接后，将绳索收紧，绳索处于微绷紧状态，便于缆绳牵引装置将需要更换的模块运送至目标星上，同时用于收回绳索，将微小型操作飞行器与附着装置的组合体拉回至服务飞行器附近。
11、进一步的，所述服务飞行器配置机械臂，微小型操作飞行器完成服务任务后返回至服务飞行器附近，由机械臂抓捕微小型操作飞行器并完成回收；机械臂还用于将需要维修或更换的模块从服务飞行器中取出，安装在缆绳牵引装置上，由缆绳牵引装置运送至目标星处。
12、进一步的，所述微小型操作飞行器配置两个微型机械臂，用于对目标星进行维护操作，以及对需要维修或更换的模块进行抓取。
13、进一步的，所述微小型操作飞行器配置多个可运动的机械腿，用于微小型操作飞行器在目标星上进行移动，机械腿末端设有足垫，足垫与目标星表面接触的一面安装纳米刚毛仿生黏附材料。
14、进一步的，所述附着装置配置多个着陆缓冲装置，用于微小型操作飞行器与附着装置的组合体在目标星表面着陆时吸收接触碰撞的冲击能量；着陆缓冲装置上安装有足垫，足垫与目标星表面接触的一面安装纳米刚毛仿生黏附材料。
15、进一步的，微小型操作飞行器的机械腿与目标星脱离时，以及着陆缓冲装置脱离目标星时，纳米刚毛仿生黏附材料与目标星接触表面形成30°夹角实现脱离。
16、一种在轨维修服务方法，包括以下步骤：
17、服务飞行器携带多个微小型操作飞行器在轨待命，接到地面指令后，利用目标探测载荷对目标星进行探测，服务飞行器自主机动至目标星附近；
18、服务飞行器对目标星开展绕飞探测，探测目标星的姿态和运动特性，以及目标星表面平坦的可附着区域，根据探测到的信息，服务飞行器计算规划微小型操作飞行器的飞行路径，并将规划信息传递至微小型操作飞行器；
19、服务飞行器在轨释放微小型操作飞行器，微小型操作飞行器携带附着装置依据飞行路径规划信息自主超近距飞行至目标星可附着区域附近，附着装置与服务飞行器通过绳索连接，绳索处于松弛状态；
20、微小型操作飞行器携带附着装置在目标星表面可附着区域着陆，着陆缓冲装置与目标星表面稳固连接；
21、微小型操作飞行器与附着装置解除固定连接状态，从附着装置上移动至目标星表面爬行移动，微小型操作飞行器携带监视相机，对目标星表面设备状态进行监视；连接服务飞行器和附着装置的绳索收紧，使绳索处于微绷紧状态；
22、服务飞行器利用自身的机械臂将需要更换的模块从服务飞行器存储舱中取出，放置在缆绳牵引装置上，由缆绳牵引装置沿绳索运送至目标星上；
23、微小型操作飞行器利用自身的微型机械臂将模块取下，爬行移动至需要更换的区域进行在轨模块更换和维护操作；
24、微小型操作飞行器在完成在轨维护操作任务后，移动返回至附着装置上，并与附着装置刚性连接，形成组合体，附着装置与目标星脱附，服务飞行器上的缆绳收紧装置对绳索进行回收，将微小型操作飞行器与附着装置的组合体回收至服务飞行器机械臂附近；
25、服务飞行器上的机械臂将微小型操作飞行器与附着装置的组合体抓取捕获后，回收至服务飞行器内。
26、本发明与现有技术相比的有益效果是：
27、(1)本发明提供了一种新型的在轨服务系统：服务飞行器携带多个微小型操作飞行器，服务飞行器携带目标特性探测载荷，对目标星的运动和姿态特性进行探测，微小型操作飞行器可单独在目标星上进行维护服务操作，亦可多个微小型操作飞行器协同在目标星上进行维护服务操作，完成服务任务后，服务飞行器可回收微小型操作飞行器，该在轨服务模式具备重复使用功能。
28、(2)本发明提供的在轨服务系统具备完成多种在轨服务任务的能力，微小型操作飞行器能够在目标星表面进行巡游检修，也能够对目标星开展模块更换等在轨维护任务，服务飞行器亦可对故障卫星开展拖曳移除任务等，使在轨服务模式实现服务功能多元化。
29、(3)本发明采用的微小型操作飞行器用于目标星上“零”距离操作方式，避免了服务飞行器因体积和质量较大，精确姿态控制技术难度大，超近距抓捕操控过程中，服务飞行器和目标星发生碰撞风险大等问题；微小型操作飞行器体积和质量较小，精确姿态控制技术难度小，同时配置着陆缓冲装置，用于吸收微小型操作飞行器着陆于目标星表面时产生冲击能量；如微小型操作飞行器与目标星发生碰撞，导致损毁，因服务飞行器携带多个微小型操作飞行器，可再释放一个微小型操作飞行器继续开展在轨服务任务，相较之采用服务飞行器抓捕目标星开展服务任务而言，采用微小型操作飞行器的方式效益更高，完成任务可靠性和灵活性更高。
30、(4)微小型操作飞行器作为飞行器具备自主导航、制导、控制及机动能力，同时兼具移动操作机器人的功能，配置了四个移动机械腿，用于在目标星表面爬行移动，配置了两个微型机械臂，机械臂末端安装有操作工具，两个机械臂协同工作，用于对目标星进行在轨服务操作，微小型操作飞行器兼顾了飞行器和机器人两大功能，功能高度集成。
31、(5)本发明采用纳米刚毛仿生黏附材料作为微小型操作飞行器、附着装置与目标星表面连接的技术手段，纳米刚毛仿生黏附材料为仿壁虎脚趾的纳米刚毛结构，能与物体表面接触产生基于分子间范德华力的黏附力，使得纳米刚毛仿生黏附材料与目标星表面能够稳固连接；纳米刚毛仿生黏附材料与目标星接触表面在脱离时形成30°夹角，可使微小型操作飞行器、附着装置与目标星表面方便脱离；纳米刚毛仿生黏附材料可以重复使用，使用过程中对目标星表面不产生任何毁伤。
1.一种在轨维修服务系统，其特征在于，包括服务飞行器和微小型操作飞行器，微小型操作飞行器配置附着装置；
2.根据权利要求1所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述服务飞行器配置目标探测载荷，用于对目标星的姿态、运动特性及附着区域进行探测，服务飞行器根据探测到的目标星数据对微小型操作飞行器的飞行路径进行计算规划，并将规划信息传递至微小型操作飞行器。
3.根据权利要求1所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述附着装置安装有绳索，绳索一头连接附着装置，另一头连接服务飞行器。
4.根据权利要求3所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述服务飞行器配置缆绳牵引装置和缆绳收紧装置；
5.根据权利要求4所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述服务飞行器配置机械臂，微小型操作飞行器完成服务任务后返回至服务飞行器附近，由机械臂抓捕微小型操作飞行器并完成回收；机械臂还用于将需要维修或更换的模块从服务飞行器中取出，安装在缆绳牵引装置上，由缆绳牵引装置运送至目标星处。
6.根据权利要求1所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述微小型操作飞行器配置两个微型机械臂，用于对目标星进行维护操作，以及对需要维修或更换的模块进行抓取。
7.根据权利要求1所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述微小型操作飞行器配置多个可运动的机械腿，用于微小型操作飞行器在目标星上进行移动，机械腿末端设有足垫，足垫与目标星表面接触的一面安装纳米刚毛仿生黏附材料。
8.根据权利要求1所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，所述附着装置配置多个着陆缓冲装置，用于微小型操作飞行器与附着装置的组合体在目标星表面着陆时吸收接触碰撞的冲击能量；着陆缓冲装置上安装有足垫，足垫与目标星表面接触的一面安装纳米刚毛仿生黏附材料。
9.根据权利要求7或8任一项所述的一种在轨维修服务系统，其特征在于，微小型操作飞行器的机械腿与目标星脱离时，以及着陆缓冲装置脱离目标星时，纳米刚毛仿生黏附材料与目标星接触表面形成30°夹角实现脱离。
10.基于权利要求1～9任一项所述系统的一种在轨维修服务方法，其特征在于，包括以下步骤：
