一种空间高微重力环境控制系统及方法

1.本发明属于空间高微重力环境的控制和应用技术领域，具体涉及一种空间高微重力环境控制系统及方法。


背景技术：

2.空间站高微重力环境控制系统，用于实现高微重力控制、高微重力环境的产生，从而支持空间干涉、引力波探测等技术研究。现有的空间或星载微重力系统，功能单一，微重力水平不高，无法胜任多载荷、多任务、多需求的微重力探测、实验和研究。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种空间高微重力环境控制系统及方法，可有效解决上述问题。
4.本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种空间高微重力环境控制系统，包括第一单体、第二单体、第一单体夹持释放系统、第二单体夹持释放系统和供配电通信系统；所述第一单体通过所述第一单体夹持释放系统与发射机构连接，通过对所述第一单体夹持释放系统的动作控制，进而控制所述第一单体的状态；其中，所述第一单体的状态包括夹持状态和释放状态；所述第二单体通过所述第二单体夹持释放系统与所述第一单体连接，通过对所述第二单体夹持释放系统的动作控制，进而控制所述第二单体的状态；其中，所述第二单体的状态，是指所述第二单体相对于所述第一单体的状态，包括夹持状态和释放状态；所述供配电通信系统具有供配电单元和通信单元；所述供配电单元，用于向所述第一单体和所述第一单体夹持释放系统供电；所述通信单元，用于分别与所述第一单体和上层平台连接，实现所述第一单体和所述上层平台之间的通信。
5.优选的，所述第一单体包括第一主控单元、电磁控制系统、喷气控制系统、第一电池系统、充气控制系统、第一相对位姿采集系统、第二相对位姿采集系统、无线供电发送系统、供电连接器、第一单体通信单元以及工作状态指示和报警系统；所述第一主控单元，分别与所述电磁控制系统、所述喷气控制系统、所述第一电池系统、所述充气控制系统、所述第一相对位姿采集系统、所述第二相对位姿采集系统、所述无线供电发送系统、所述供电连接器、所述第一单体通信单元和所述工作状态指示和报警系统连接。
6.优选的，所述第二单体包括第二主控单元、第二电池系统、无线供电接收系统、微重力加速度采集系统和第二单体通信单元；所述第二主控单元，分别与所述第二电池系统、所述无线供电接收系统、所述微重力加速度采集系统和所述第二单体通信单元连接。
7.本发明还提供一种空间高微重力环境控制系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，初始状态：第一单体夹持释放系统夹紧第一单体，使第一单体为夹持状态；第二单体夹持释放系统夹紧第二单体，使第二单体为夹持状态；外部设备与第二单体固定；步骤2，进行空间高微重力环境控制的准备步骤：当第一单体的第一主控单元通过供配电通信系统接收到来自于上层平台的电池充电指令时，对第一电池系统和第二电池系统进行充电操作，使第一电池系统和第二电池系统的电压高于最低放电电压；当第一单体的第一主控单元通过供配电通信系统接收到来自于上层平台的充气指令时，对充气控制系统进行控制，从而使充气控制系统向喷气气源充气，使喷气气源的压力满足喷气控制系统的喷气压力需求；步骤3，空间高微重力环境控制：供配电通信系统接收来自于上层平台的高微重力控制指令，根据所述高微重力控制指令触发执行以下三种控制模式之一：组合体喷气控制模式、单体电磁控制模式以及单体电磁喷气控制模式；如果为组合体喷气控制模式，执行步骤4、步骤7和步骤9；如果为单体电磁控制模式，执行步骤5、步骤8和步骤9；如果为单体电磁喷气控制模式，执行步骤6、步骤7、步骤8和步骤9；步骤4，组合体喷气控制模式下，夹持释放状态控制：控制第一单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第一单体，使第一单体为释放状态；维持第二单体夹持释放系统的夹持状态，从而继续夹持第二单体，使第二单体相对于第一单体为夹持状态；步骤5，单体电磁控制模式下，夹持释放状态控制：维持第一单体夹持释放系统的夹持状态，从而继续夹持第一单体，使第一单体为夹持状态；控制第二单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第二单体，使第二单体相对于第一单体为释放状态；步骤6，单体电磁喷气控制模式下，夹持释放状态控制：控制第一单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第一单体，使第一单体为释放状态；控制第二单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第二单体，使第二单体相对于第一单体为释放状态；步骤7，第一单体喷气控制方式：步骤7.1，预设定第一单体的相对位姿目标值；步骤7.2，通过第一单体的第一相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第一单体的相对位姿实时值，并根据第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对喷气控制系统进行控制，使喷气控制系统对第一单体产生喷气推力，进行调节第一单体的相对位姿，直到使第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差小于设定阈值，从而使第一单体处于高微重力环境；步骤8，第二单体电磁控制方式：步骤8.1，预设定第二单体相对于第一单体的相对位姿目标值；步骤8.2，通过第一单体的第二相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值，并根据第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值
与预设定的相对位姿目标值的偏差，对电磁控制系统进行控制，使电磁控制系统对第二单体产生电磁力，进行调节第二单体相对于第一单体的相对位姿，直到使第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与相对位姿目标值的偏差小于设定阈值，从而使第二单体处于高微重力环境；步骤9，第二单体高微重力环境的监测：第二单体的微重力加速度采集系统，周期性采集第二单体的微重力加速度数据，并将第二单体的微重力加速度数据传输给第二单体的第二主控单元；第二单体的第二主控单元，周期性将接收到的第二单体的微重力加速度数据传输给第一单体的第一主控单元，第一主控单元再将第二单体的微重力加速度数据，通过供配电通信系统传输给上层平台，完成空间高微重力测量。
8.优选的，步骤2中，对第一电池系统和第二电池系统进行充电操作，具体为：供配电通信系统通过供电连接器与第一主控单元的供电接口连接，第一主控单元与第一电池系统电性连接，供配电通信系统的电流依次通过供电连接器、第一主控单元后到达第一电池系统，进而向第一电池系统充电；第一单体的第一主控单元与无线供电发送系统连接，无线供电发送系统与第二单体的无线供电接收系统连接，无线供电接收系统通过第二主控单元与第二电池系统连接；因此，第一主控单元的电流依次通过无线供电发送系统、无线供电接收系统和第二主控单元后到达第二电池系统，进而向第二电池系统充电。
9.优选的，当为组合体喷气控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过第一电池系统供电；第二单体通过第二电池系统供电；当为单体电磁控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过供配电通信系统供电；第二单体通过第二电池系统供电；当为单体电磁喷气控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过第一电池系统供电；第二单体通过第二电池系统供电。
10.优选的，当完成空间高微重力控制后，还包括：步骤10，第一单体和第二单体的复位过程：如果第二单体为释放状态，则对第二单体夹持释放系统进行控制，使第二单体被第二单体夹持释放系统夹持固定；如果第一单体为释放状态，则对第一单体和第一单体夹持释放系统进行控制，使第一单体复位，并被第一单体夹持释放系统夹持固定，完成交会对接匹配过程。
11.优选的，所述交会对接匹配控制过程，具体为：第一单体的第一相对位姿采集系统，采集第一单体的相对位姿实时值，并计算得到相对于第一单体夹持释放系统的位姿偏差；然后，对喷气控制系统进行控制，使喷气控制系统对第一单体产生喷气推力，进行调节第一单体的相对位姿，直到使第一单体移动并保持在夹持目标位姿；然后，控制第一单体夹持释放系统执行夹持动作，从而实现第一单体被第一单体夹持释放系统夹持固定。
12.优选的，所述第一单体还具有故障检测和故障处置功能，具体为：在进行步骤9的第二单体高微重力环境的监测时：如果为组合体喷气控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内
没有接收到第二单体的微重力加速度数据或者在设定时间内组合体的相对位姿没有达到设定的目标值，则输出故障代码，并控制喷气控制系统的喷气组件停止工作；如果为单体电磁控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据，则输出故障代码，并控制电磁控制系统停止工作；如果为单体电磁喷气控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据或者在设定时间内组合体的相对位姿没有达到设定的目标值，则输出故障代码，控制喷气控制系统的喷气组件停止工作，同时控制电磁控制系统停止工作，并控制报警系统进行报警。
13.优选的，所述故障检测和故障处置功能还包括：第一单体的第一主控单元，对第一电池系统进行充电和放电控制，对第一电池系统进行高温、过充、过放的故障监测和故障处置；第一单体的第一主控单元，对无线供电发送系统进行状态监测和故障处置；第一单体的第一主控单元，对充气控制系统的充气压力、温度和电流进行监测和故障处置；第二单体的第二主控单元，对第二电池系统进行充电和放电控制，对第二电池系统进行高温、过充、过放的故障监测和故障处置；第二单体的第二主控单元，对无线供电接收系统进行状态监测和故障处置；第二单体和第一单体的故障状态，最终通过第一主控单元的工作状态指示和报警系统，显示系统的工作状态，并控制报警系统发出声光报警提示。
14.本发明提供的一种空间高微重力环境控制系统及方法具有以下优点：本发明提供一种空间高微重力环境控制系统，根据控制系统的任务和外部设备的需求，第一单体和第二单体可灵活配置有三种控制模式，分别为：组合体喷气控制模式、单体电磁控制模式以及单体电磁喷气控制模式，从而满足多元化，多载荷、多任务的空间微重力探测和研究等需求，为空间引力波探测、空间干涉、基础物理研究的系统控制提供技术参考。
附图说明
15.图1为本发明提供的空间高微重力环境控制系统的结构示意图。
具体实施方式
16.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
17.本发明提供一种空间高微重力环境控制系统，根据控制系统的任务和外部设备的需求，第一单体和第二单体可灵活配置有三种控制模式，分别为：组合体喷气控制模式、单体电磁控制模式以及单体电磁喷气控制模式，从而满足多元化，多载荷、多任务的空间微重力探测和研究等需求，为空间引力波探测、空间干涉、基础物理研究的系统控制提供技术参考。
18.参考图1，本发明提供一种空间高微重力环境控制系统，包括第一单体、第二单体、
第一单体夹持释放系统、第二单体夹持释放系统和供配电通信系统；所述第一单体通过所述第一单体夹持释放系统与发射机构连接，通过对所述第一单体夹持释放系统的动作控制，进而控制所述第一单体的状态；其中，所述第一单体的状态包括夹持状态和释放状态；所述第二单体通过所述第二单体夹持释放系统与所述第一单体连接，通过对所述第二单体夹持释放系统的动作控制，进而控制所述第二单体的状态；其中，所述第二单体的状态，是指所述第二单体相对于所述第一单体的状态，包括夹持状态和释放状态。
19.具体的，第一单体夹持释放系统，通过自身的电机带动所属的锁紧夹持部件实现第一单体的夹持和释放控制。第二单体夹持释放系统，用于控制第二单体的夹持和释放控制。当第二单体为夹持状态时，第二单体和第一单体固定在一起，称为组合体，此时，第二单体实现外部设备的平行对接，对接后的第二单体及外部设备全部放置在第一单体内部。
20.所述供配电通信系统具有供配电单元和通信单元；所述供配电单元，用于向所述第一单体和所述第一单体夹持释放系统供电；所述通信单元，用于分别与所述第一单体和上层平台连接，实现所述第一单体和所述上层平台之间的通信。
21.下面分别详细介绍第一单体、第二单体和供配电通信系统的结构和原理：（一）第一单体在具体实现上，所述第一单体包括第一主控单元、电磁控制系统、喷气控制系统、第一电池系统、充气控制系统、第一相对位姿采集系统、第二相对位姿采集系统、无线供电发送系统、供电连接器、第一单体通信单元以及工作状态指示和报警系统；所述第一主控单元，分别与所述电磁控制系统、所述喷气控制系统、所述第一电池系统、所述充气控制系统、所述第一相对位姿采集系统、所述第二相对位姿采集系统、所述无线供电发送系统、所述供电连接器、所述第一单体通信单元以及所述工作状态指示和报警系统连接。
22.第一主控单元，功能包括：1）实现第一单体的指令接收、解析、转发、数据组包发送，第二单体的指令转发、数据组包发送；2）当第二单体为释放状态时，计算第二单体所需要的电磁力，并对电磁控制系统进行控制，从而调节第二单体的位姿；3）当第一单体为释放状态时，计算第一单体所需要的喷气推力，并对喷气控制系统进行控制，从而调节第一单体的位姿；4）对第一电池系统进行充放电管理控制；5）对充气控制系统的充放气管理控制；6）实现第一单体和第二单体的健康状态监测以及故障报警和处置；7）第一主控单元具备在轨重构功能，能够根据外部设备的需求变更对自身软件进行更改。
23.电磁控制系统，用于当第二单体为释放状态时，输出作用于第二单体的电磁力；喷气控制系统，用于当第一单体为释放状态时，输出作用于第一单体的喷气推力；充气控制系统，用于在试验前，向喷气控制系统所需的气源充气，保证喷气控制系统的正常工作；第一电池系统，用于当第一单体为释放状态时，向第一单体供电，避免对第一单体微重力状态的干扰。
24.第一相对位姿采集系统，用于在试验过程中，采集第一单体的相对位姿实时值；第二相对位姿采集系统，用于在试验过程中，采集第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值；
无线供电发送系统，用于与第二单体的无线供电接收系统配合，向第二单体无线充电；第一单体通信单元，用于实现第一单体的通信功能，包括：与第二单体之间的通信功能、与供配电通信系统的通信功能、与自身外围部件（电磁控制系统、喷气控制系统、第一电池系统、充气控制系统、第一相对位姿采集系统、第二相对位姿采集系统、工作状态指示和报警系统）的通信功能。
25.供电连接器，用于与供配电通信系统的供配电单元连接，实现供配电单元通过供电连接器向第一单体供电功能。
26.还可以进一步包括工作状态指示和报警系统，实现第一单体和第二单体的工作状态指示和故障报警指示。
27.（二）第二单体所述第二单体包括第二主控单元、第二电池系统、无线供电接收系统、微重力加速度采集系统和第二通信单元、与外部设备的供电通信接口单元；所述第二主控单元，分别与所述第二电池系统、所述无线供电接收系统、所述微重力加速度采集系统和所述第二单体通信单元连接。
28.第二主控单元，实现第二单体的指令接收、解析和数据组包发送，无线供电接收系统通过第一单体的无线供电发送系统，同时实现第二单体的供电和第二电池系统的充电控制，实现外部设备的指令转发、数据接收和组包，能够实现在轨重构，从而提升对外部设备的需求适应能力。
29.第二电池系统，用于向第二单体供电。具体的，由于第二单体具有夹持状态和释放状态，因此，本发明中，第二单体在工作状态时采用电池供电，降低对第二单体微重力状态的电磁干扰。
30.无线供电接收系统，用于与第一单体的无线供电发送系统配合，实现对第二单体的无线充电和无线供电功能。
31.微重力加速度采集系统，用于采集实验过程中第二单体的微重力加速度数据，并传输给第二主控单元，由第二主控单元传输给第一主控单元，再由第一主控单元通过供配电通信系统中的通信单元，传输给上层平台，完成试验过程中微重力加速度数据的采集和监测。在具体实现上，微重力加速度采集系统可通过加速度传感器实现。
32.第二单体通信单元，用于实现第二单体的通信功能，包括：与外部设备之间的通信功能，与微重力加速度采集系统的通信功能以及与第一单体之间的通信功能，与外部设备的通信功能。
33.（三）供配电通信系统供配电通信系统，用于实现整个控制系统供配电管理和控制、以及与上层平台和第一单体之间的通信。
34.具体功能包括：供配电通信系统对第一单体夹持释放系统进行28v供配电和过流、短路保护；控制第一单体夹持释放系统通过rs422接口对第一单体执行夹持或释放动作，保证第一单体固定后的28v可靠供电；供配电通信系统通过第一单体夹持释放系统，对第一单体、第一电池系统和无线
供电发送系统进行28v供配电管理和过流、短路保护、浪涌抑制功能；第一单体的第一主控单元和第二单体的第二主控单元实现
±
12v、5v、3.3v的供配电管理以及与所属外部系统的通信功能。
35.另外，在数据通信方面，可采用以下方式：控制系统对第一单体的数据按照20240字节/秒的速度通过以太网接口传输给上层系统；控制系统为外部支持设备提供25~28v供电和rs422、以太网通信接口，实现外部设备两种接口数据的采集和下行；对外部设备以太网接口数据有效数据下行量为8000字节/秒（800字节/包*10包/秒），rs422接口有效数据下行量为395字节/秒；控制系统可以通过采集手动按钮的状态，自动进入组合体控制准备状态；通过指示灯的闪烁状态显示组合体的控制效果；供配电通信系统、第一单体第一主控单元、第二单体第二主控单元软件具备代码更新功能，能够支持控制系统任务的需求变更和升级；供配电通信系统将整个系统的所有数据通过rs422或以太网接口传给上层数据平台，进而传输到地面，实现系统的工作状态、在轨实验数据、图像数据的观测；rs422接口每秒的数据下行量为1724字节/秒，以太网接口每秒数据下行量为141680字节（7包*2024字节/包*10包/秒，其中1包是图像数据，6包是在轨实验数据）；系统的电池系统1和电池系统2的高温、过充、过放、声光报警系统的报警时间、充气系统充气的高压和放气的低压、过流、过温、组合体控制状态监测参数，支持在轨实时配置和更新，满足多种载荷或多任务的需求。
36.本发明还提供一种空间高微重力环境控制方法，包括以下步骤：步骤1，初始状态：第一单体夹持释放系统夹紧第一单体，使第一单体为夹持状态；第二单体夹持释放系统夹紧第二单体，使第二单体为夹持状态；外部设备与第二单体固定；步骤2，进行空间高微重力环境控制的准备步骤：当第一单体的第一主控单元通过供配电通信系统接收到来自于上层平台的电池充电指令时，对第一电池系统和第二电池系统进行充电操作，使第一电池系统和第二电池系统的电压高于最低放电电压，默认充电到最高电压；具体为：供配电通信系统通过供电连接器与第一主控单元的供电接口连接，第一主控单元与第一电池系统电性连接，供配电通信系统的电流依次通过供电连接器、第一主控单元后到达第一电池系统，进而向第一电池系统充电；第一单体的第一主控单元与无线供电发送系统连接，无线供电发送系统与第二单体的无线供电接收系统连接，无线供电接收系统通过第二主控单元与第二电池系统连接；因此，第一主控单元的电流依次通过无线供电发送系统、无线供电接收系统和第二主控单元后到达第二电池系统，进而向第二电池系统充电。
37.当第一单体的第一主控单元通过供配电通信系统接收到来自于上层平台的充气指令时，对充气控制系统进行控制，从而使充气控制系统工作在充气状态，并充气至设定的目标压力；步骤3，空间高微重力环境控制：供配电通信系统接收来自于上层平台的高微重力控制指令，根据所述高微重力控
制指令触发执行以下三种控制模式之一：组合体喷气控制模式、单体电磁控制模式以及单体电磁喷气控制模式；如果为组合体喷气控制模式，执行步骤4、步骤7和步骤9；如果为单体电磁控制模式，执行步骤5、步骤8和步骤9；如果为单体电磁喷气控制模式，执行步骤6、步骤7、步骤8和步骤9；步骤4，组合体喷气控制模式下，夹持释放状态控制：控制第一单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第一单体，使第一单体为释放状态；维持第二单体夹持释放系统的夹持状态，从而继续夹持第二单体，使第二单体相对于第一单体为夹持状态；步骤5，单体电磁控制模式下，夹持释放状态控制：维持第一单体夹持释放系统的夹持状态，从而继续夹持第一单体，使第一单体为夹持状态；控制第二单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第二单体，使第二单体相对于第一单体为释放状态；步骤6，单体电磁喷气控制模式下，夹持释放状态控制：控制第一单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第一单体，使第一单体为释放状态；控制第二单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第二单体，使第二单体相对于第一单体为释放状态；步骤7，第一单体喷气控制方式：步骤7.1，预设定第一单体的相对位姿目标值；步骤7.2，通过第一单体的第一相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第一单体的相对位姿实时值，并根据第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对喷气控制系统进行控制，使喷气控制系统对第一单体产生喷气推力，调节第一单体的相对位姿，直到使第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差小于设定阈值，从而使第一单体处于高微重力环境；例如，第一单体的第一主控单元通过can接口每隔100ms接收第一相对位姿采集系统采集到的第一单体的相对位姿实时值，然后利用can接口控制喷气系统按照200ms~500ms的周期，产生喷气推力，使第一单体与周围物体的位移误差和姿态误差趋于0，从而给第二单体及其外部设备提供10-6
~10-7
g的高微重力环境。
38.步骤8，第二单体电磁控制方式：步骤8.1，预设定第二单体相对于第一单体的相对位姿目标值；步骤8.2，通过第一单体的第二相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值，并根据第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对电磁控制系统进行控制，使电磁控制系统对第二单体产生电磁力，进行调节第二单体相对于第一单体的相对位姿，直到使第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与相对位姿目标值的偏差小于设定阈值，从而使第二单体及其外部设备处于高微重力环境；通过对在轨实验采集的第二单体相对于第一单体的相对位姿、加速度值进行综合比较和分析，对第二单体相对于第一单体的相对位移的零偏值、加速度的零偏值进行在轨标定和校准，降低由于温度偏差等造成的零偏误差，从而使第二单体处于高微重力环境。
39.例如，第一单体的第一主控单元通过spi接口，按照20ms周期性接收第二相对位姿采集系统采集到的第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值，控制电磁控制系统按照20ms的周期输出电磁力，使第二单体与第一单体的位移误差和姿态误差趋于0，从而使第二单体及其外部设备产生10-6
~10-7
g的微重力水平。
40.步骤9，第二单体高微重力环境的监测：第二单体的微重力加速度采集系统，周期性采集第二单体的微重力加速度数据，并将第二单体的微重力加速度数据传输给第二单体的第二主控单元；第二单体的第二主控单元，周期性将接收到的第二单体的微重力加速度数据传输给第一单体的第一主控单元，第一主控单元再将第二单体的微重力加速度数据，通过供配电通信系统传输给上层平台，完成空间高微重力测量。
41.例如，第二单体的第二主控单元将rs422接口采集的微重力加速度数据通过红外接口、无线wifi接口，按照20ms的周期发送给第一单体的第一主控单元；如果第一单体的第一主控单元连续30s没有接收到第二单体的第二主控单元的wifi接口微重力加速度数据，则输出故障代码，此时如果为组合体喷气控制模式或单体电磁喷气控制模式，则控制喷气控制系统的喷气组件停止工作，提升了系统的可靠性和安全性。
42.在供配电方面：当为组合体喷气控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过第一电池系统供电；第二单体通过第二电池系统供电；当为单体电磁控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过供配电通信系统供电；第二单体通过第二电池系统供电；当为单体电磁喷气控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过第一电池系统供电；第二单体通过第二电池系统供电。
43.当完成空间高微重力控制后，还包括：步骤10，第一单体和第二单体的复位过程：如果第二单体为释放状态，则对第二单体夹持释放系统进行控制，使第二单体被第二单体夹持释放系统夹持固定；如果第一单体为释放状态，则对第一单体和第一单体夹持释放系统进行控制，使第一单体复位，并被第一单体夹持释放系统夹持固定，完成交会对接匹配过程。
44.交会对接匹配控制过程，具体为：第一单体的第一相对位姿采集系统，采集第一单体的相对位姿实时值，并计算得到相对于第一单体夹持释放系统的位姿偏差；然后，对喷气控制系统进行控制，使喷气控制系统对第一单体产生喷气推力，调节第一单体的相对位姿，直到使第一单体移动并保持在夹持目标位姿；然后，控制第一单体夹持释放系统执行夹持动作，从而实现第一单体被第一单体夹持释放系统夹持固定。
45.例如，第一单体的第一相对位姿采集系统，采集第一单体的相对位姿实时值，并计算得到相对于第一单体夹持释放系统的位姿偏差；然后，对喷气控制系统进行控制，对喷气控制系统输出的推力值进行计算和分配，即对喷气控制系统的24个喷气组件的喷嘴打开时间、喷嘴打开组合进行计算，并通过指令的形式发送给喷气控制系统，指令内容包含喷嘴的编号和喷嘴的动作时间；喷气控制系统根据第一主控单元的指令内容，控制自身喷气组件
的相应编号的喷嘴打开指定的时间，从而使第一单体产生所需的推力，控制第一单体保持在目标位移；同时供配电通信系统通过rs422接口控制第一单体夹持释放系统自动对第一单体执行夹持动作，从而实现第一单体与第一单体夹持释放系统在60mm范围内的交会对接。
46.第一单体还具有故障检测和故障处置功能，具体为：在进行步骤9的第二单体高微重力环境的监测时：如果为组合体喷气控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据，或者在设定时间内组合体的相对位姿没有达到设定的目标值，则输出故障代码，并控制喷气控制系统的喷气组件停止工作；如果为单体电磁控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据或者在设定时间内组合体的相对位姿没有达到设定的目标值，则输出故障代码，并控制电磁控制系统停止工作；如果为单体电磁喷气控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据，则输出故障代码，控制喷气控制系统的喷气组件停止工作，同时控制电磁控制系统停止工作。
47.故障检测和故障处置功能还包括：第一单体的第一主控单元，对第一电池系统进行充电和放电控制，对第一电池系统进行高温、过充、过放的故障监测和故障处置；第一单体的第一主控单元，对无线供电发送系统进行状态监测和故障处置；第一单体的第一主控单元，对充气控制系统的充气压力、温度和电流进行监测和故障处置；第二单体的第二主控单元，对第二电池系统进行充电和放电控制，对第二电池系统进行高温、过充、过放的故障监测和故障处置；第二单体的第二主控单元，对无线供电接收系统进行状态监测和故障处置；第二单体和第一单体的故障状态，最终通过第一主控单元的工作状态指示和报警系统，显示系统的工作状态，并控制报警系统发出声光报警提示。
48.故障检测功能及报警功能举例如下：（1）第一单体第一主控单元通过无线供电系统对第二电池系统提供28v充电输入，利用rs422接口对无线供电系统的状态进行监测和数据下行，第二单体第二主控单元对第二电池系统进行放电控制和监测（最低25.5v）、充电控制（最高29.5v）和过温监测（超过45℃）和故障处置；（2）第一单体第一主控单元通过rs422接口对第一电池系统进行充电和放电控制，对第一电池系统进行高温（超过45℃）和过充（超过25.5v）、过放（低于22v）故障监测和故障处置功能；（3）第一单体第一主控单元通过can接口对充气系统进行充气控制，对充气系统的压力进行低压监测和故障提示（低于0.7mpa）；对充气系统的充气压力（如：高压1.8mpa）、充气控制系统的温度（超过85℃）和电流（超过8a）进行监测和故障处置；（4）第一单体第一主控单元通过i2c接口工作状态指示和报警系统，显示整个系统的工作状态，如绿灯正常状态，黄灯为系统高温状态（系统指定测温区超过45℃），红灯为系
统故障状态，绿灯闪烁为组合体控制状态；控制系统具备声光报警功能，当系统监测到故障码的值不为0时，控制报警系统发出声光报警提示信号，声光报警信号持续时间默认为15s；控制系统具备一键断电故障处置功能，支持对整个系统的手动断电安全处置。
49.下面介绍一个具体实施例：（1）整个控制系统的接口通信功能：（1.1）供配电通信系统，一方面通过rs422接口或以太网接口接收上层平台的指令， rs422接口为指令接收的默认接口，以太网接口为指令接收的备份接口；然后将解析的指令通过无线wifi转发给第一单体的第一主控单元，或者通过rs422接口发送给第一单体夹持释放系统；另一方面将无线wifi接口接收的第一单体的第一主控单元的数据、rs422接口接收的第一单体夹持释放系统的数据以及自身的数据组包后，同时通过rs422接口和以太网接口发送给上层平台。
50.（1.2）第一单体的第一主控单元一方面通过无线wifi，接收并解析供配电通信系统的指令，并且将指令通过无线wifi接口转发给第二单体的第二主控单元；另一方面将第二单体的第二主控单元传输的数据和自身的数据组包后发送给供配电通信系统。
51.（1.3）第二单体的第二主控单元一方面通过无线wifi接口，接收并解析第一单体的第一主控单元的指令，并将指令通过rs422接口转发给外部设备；另一方面同时通过rs422接口和以太网接口接收外部设备的数据，然后将外部设备以及自身的数据组包后，通过无线wifi接口和红外接口发送给第一单体的第一主控单元。
52.（2）整个控制系统的工作模式：整个系统工作模式为：供配电管理系统只有一种常规工作模式，第一主控单元具有六种工作模式，第二主控单元只有一种常规工作模式。
53.第一主控单元的工作模式包括：一种待机模式，两种服务模式、三种控制模式；五种工作模式（两种服务模式和三种控制模式）互斥，不同时执行。
54.两种服务模式分别为：
①
充电控制模式；
②
充气控制模式，能够为三种控制模式提供用电保障和用气保障。
55.三种控制模式为：
①
组合体喷气控制模式；
②
单体电磁控制模式；
③
单体电磁喷气控制模式。第一主控单元上电或复位后处于待机模式，任何一种服务模式或控制模式都可以切换到待机模式。
56.（2.1）充电控制模式：第一主控单元和第二主控单元根据接收的指令，分别控制第一电池系统和第二电池系统进行充电，两个电池系统不同时充电，充电顺序不分先后，充电时间最长4小时。第一电池系统的充电电压最高为25.2v，放电电压范围为22v~25.2v；第二电池系统的充电电压最高为29.2v，放电电压范围为25v~28.6v，第一电池系统、第二电池系统的最高充电电压、充电时间、最低放电电压可以在轨进行配置更改。当第一电池系统的充电电压达到最高充电电压时，第一主控单元控制第一电池系统停止充电；当第二电池系统的充电电压达到最高充电电压时，第二主控单元控制第二电池系统停止充电，然后退出充电控制模式进入到待机模式。
57.（2.2）充气控制模式：
第一主控单元根据接收的地面站指令，进入充气控制模式，控制充气控制系统充气至设定的最高压力，满足喷气控制的压力要求，充气的最高压力和充气时间可以进行在轨配置，充气完成后自动退出充气控制模式回到待机模式。
58.（2.3）组合体喷气控制模式：该模式具体指对第一单体和第二单体的组合体进行喷气控制，组合体是指第一单体为释放状态，第二单体为固定状态，即：第二单体（含对接后的外部设备）相对第一单体为固定状态。
59.该模式的执行条件为：
①
第一单体夹持释放系统控制自身的夹持释放部件对第一单体进行释放；第二单体夹持释放系统对第二单体夹持固定；
②
第一单体及其部组件的供电来自于第一电池系统的放电电压；第二单体及其部组件的供电来自于第二电池系统；第一电池系统和第二电池系统的电压高于最低放电电压；
③
充气控制系统的压力高于最低压力。
60.该模式的具体工作方式为：第一主控单元根据转发的地面站指令，从待机模式进入到组合体喷气控制模式。
61.第一单体的第一主控单元根据第一相对位姿采集系统采集的第一单体的相对位姿实时值，对喷气控制系统输出的推力值进行计算和分配，具体的分配方法是对24个喷气组件的喷嘴打开时间、喷嘴打开组合进行计算，并通过指令的形式发送给喷气控制系统，指令内容包含喷嘴的编号和喷嘴的动作时间，如喷嘴1动作160ms，喷嘴5动作200ms；然后喷气控制系统根据第一主控单元的指令内容，控制自身喷气组件相应编号的喷嘴打开指定的时间，从而对第一单体产生所需的推力，防止第一单体与周围物体碰撞，使第二单体产生10-6~
10-7
g的微重力水平，进而为对接后的外部设备提供10-6~
10-7
g的微重力环境。此时整个控制系统的微重力加速度值来自于第二单体的微重力加速度采集系统采集到的数据，具体的，第二单体的微重力加速度采集系统包括加速度采集处理系统和陀螺仪，20hz低频范围内微重力加速度值来自于加速度采集处理系统，大于20hz高频范围的微重力加速度值来自于陀螺仪。
62.该模式的退出条件为：
①
当第一主控单元接收到上层平台转发地面的退出该模式指令；
②
第一电池系统的放电电压低于设定的低压值；
③
第二电池系统的放电电压低于设定的低压值；
④
充气系统的压力低于设定的低压值；上述四个条件任何一个满足即可退回到待机模式。
63.（2.4）单体电磁控制模式：该模式是指对第二单体的电磁控制，具体为：第一单体被第一单体夹持释放系统夹持固定；第二单体相对于第一单体为释放状态；对第二单体（含对接后的外部设备）输出电磁力的控制方法。
64.该模式的执行条件为：
①
第一单体夹持释放系统控制自身的夹持释放部件对第一单体进行夹持固定，第二单体（含对接后的外部设备）相对于第一单体为释放状态；
②
第一单体及其部组件的供电来自于供配电通信系统的供电连接器，该供电连接器过路第一单体夹持释放系统内部；第二单体及其部组件的供电来自于第二电池系统；第二电池系统的电压高于最低放电电压。
65.该模式的进入方式为：第一主控单元根据接收的地面站指令，从待机模式进入到
单体电磁控制模式。
66.该模式的具体控制方式为：第一单体的第二相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值，并根据第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对电磁控制系统的电磁力进行计算，并对电磁控制系统的输出电流进行电流大小和方向的分配，控制电磁控制系统的磁铁组件产生所需的电磁作用力，即通过电磁控制系统产生不同方向、不同大小的电磁作用力，从而产生第一单体与第二单体之间的吸引力或排斥力，控制第一单体与第二单体（含对接后的外部设备）之间保持所需的目标位姿，进而隔离第一单体对第二单体的碰撞干扰，使第二单体产生10-6
~10-7
g的微重力，也为对接后的外部设备提供10-6
~10-7
g的微重力工作环境。
67.此时整个控制系统的微重力加速度值来自于第二单体的微重力加速度采集系统采集到的数据，具体的，第二单体的微重力加速度采集系统包括加速度采集处理系统和陀螺仪，20hz低频范围内微重力加速度值来自于加速度采集处理系统，大于20hz高频范围的微重力加速度值来自于陀螺仪；第二单体的微重力加速度采集系统采集到的数据，通过红外接口按照20ms
±
4ms的速率发送到第一单体的第一主控单元，再由第一主控单元通过供配电通信系统上传给上层平台。
68.该模式的退出条件为：
①
当第一主控单元接收到地面的退出该模式指令；
②
第二电池系统的放电电压低于设定的低压值；上述两个条件任何一个满足即可退回到待机模式。
69.（2.5）单体电磁喷气控制模式：该模式是指第一单体的第一主控单元同时对第二单体进行电磁力的控制和对第一单体进行喷气控制的模式，具体为：第一单体被第一单体夹持释放系统释放，第二单体（含对接后的外部设备）被第二单体夹持释放系统释放，第二单体（含对接后的外部设备）相对第一单体为释放状态。
70.该模式的执行条件为：
①
第一单体夹持释放系统控制自身的夹持释放部件对第一单体进行释放，第二单体夹持释放系统对第二单体释放；
②
第一单体及其部组件的供电来自于第一电池系统的放电电压；第二单体及其部组件的供电来自于第二电池系统的放电电压；第一电池系统和第二电池系统的电压高于最低放电电压；
③
充气控制系统的压力高于最低压力。
71.该模式的进入方式为：第一主控单元根据接收的地面站指令，从待机模式进入到单体电磁喷气控制模式。
72.该模式的控制方式为：第一单体的第二相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值，并根据第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对电磁控制系统的电磁力进行计算，并对电磁控制系统的输出电流进行电流大小和方向的分配，控制电磁控制系统的磁铁组件产生所需的电磁作用力，即通过电磁控制系统产生不同方向、不同大小的电磁作用力，从而产生第一单体与第二单体之间的吸引力或排斥力，控制第一单体与第二单体（含对接后的外部设备）之间保持所需的目标位姿，进而隔离第一单体对第二单体的碰撞干扰。
73.同时，第一单体的第一主控单元根据第一相对位姿采集系统采集的第一单体的相
对位姿实时值，对喷气控制系统输出的推力值进行计算和分配，具体的分配方法是对24个喷气组件的喷嘴打开时间、喷嘴打开的组合进行计算，并通过指令的形式发送给喷气控制系统，指令内容包含喷嘴的编号和喷嘴的动作时间，如喷嘴1动作160ms，喷嘴5动作200ms；然后喷气控制系统根据第一主控单元的指令内容，控制自身喷气组件相应编号的喷嘴打开指定的时间，从而对第一单体产生所需的推力，防止第一单体与周围物体碰撞；通过以上控制方法，控制第二单体产生10-6
~10-7
g的微重力，从而为对接后的外部设备提供10-6
~10-7
g的微重力工作环境。
74.此时整个控制系统的微重力加速度值来自于第二单体的微重力加速度采集系统采集到的数据，具体的，第二单体的微重力加速度采集系统包括加速度采集处理系统和陀螺仪，20hz低频范围内微重力加速度值来自于加速度采集处理系统，大于20hz高频范围的微重力加速度值来自于陀螺仪。
75.该模式的退出条件为：
①
当第一主控单元接收到地面的退出该模式指令；
②
第一电池系统的放电电压低于设定的低压值；
③
第二电池系统的放电电压低于设定的低压值；
④
充气系统的压力低于设定的低压值；上述四个条件任何一个满足即可退回到待机模式。
76.（3）系统的故障检测和处置功能：控制系统对第一电池系统、第二电池系统具备电池过充、过温故障检测、故障处置；对充气系统的充气高压、放气的低气压、第一电池系统低电压、第二电池系统低电压、第一单体和第二单体姿态或位移控制、第一单体和第二单体之间无线wifi通信异常具备故障检测、声光报警指示。
77.（3.1）所述控制系统在充电控制模式下，对第一电池系统、第二电池系统具备电池过充、过温故障检测和故障处置。当第一主控单元检测到第一电池系统的充电电压高于配置的最高充电电压时，立即停止第一电池系统的充电；当第一主控单元检测到第一电池系统的充电电流或温度高于正常的充电电流或温度时，立即停止第一电池系统的充电；当第二主控单元检测到第二电池系统的充电电压高于配置的最高充电电压时，立即停止第二电池系统的充电；当第二主控单元检测到第二电池系统的充电电流或温度高于正常的充电电流或温度时，立即停止第二电池系统的充电；将健康状态下行到地面站。
78.（3.2）所述第一主控单元对充气系统进行充气时，如果充气压力或充气时间高于配置的最高值，则立即控制充气控制系统停止充气；将健康状态下行到地面站。
79.（3.3）在组合体喷气控制模式或者单体电磁喷气控制模式时，如果检测到充气控制系统的压力低于设定阈值，第二电池系统的放电电压低于设定阈值，第一电池系统的放电电压低于设定阈值，分别控制喷气控制系统停止喷气、第二电池系统停止放电，第一电池系统停止放电，退出该模式，并通过声光报警模块发出报警信息，将健康状态下行到地面站。
80.在单体电磁控制模式时，如果检测到第二电池系统的放电电压低于设定阈值，控制第二电池系统停止放电，退出该模式，并通过声光报警模块发出报警信息，将健康状态下行到地面站。
81.（3.4）在组合体喷气控制模式或者单体电磁喷气控制模式时，如果检测到第一单体或第二单体姿态或位移控制异常、第一单体和第二单体之间无线wifi通信异常、或指定温度测量值异常，则分别控制喷气控制系统停止喷气、第二电池系统停止放电，第一电池系
统停止放电，退出该模式，并通过工作状态指示和报警系统的声光报警模块发出报警信息，将健康状态下行到地面站。
82.在单体电磁控制模式时，如果检测到第一单体或第二单体姿态或位移失控、第一单体和第二单体之间无线wifi通信异常、或指定温度测量值异常，控制第二电池系统停止放电，退出该模式，并通过工作状态指示和报警系统的声光报警模块发出报警信息，将健康状态下行到地面站。
83.控制系统的工作原理按照加断电的控制方法进行说明：（一）控制系统加电说明：整个系统首先是供配电通信系统进行加电开始，具体的加电顺序分以下两种情况：（1）第一单体被固定的加电顺序：供配电通信系统根据接收上层平台转发的地面站指令，通过第一单体夹持释放系统内部过路的供电连接器，对第一单体的第一主控单元进行加电；同时第一单体的第一主控单元的指令进行转发，第一主控单元对接收的指令进行解析处理后，对自身的外围部组件进行加电；通过控制无线供电发送和接收系统，对第二单体的第二主控单元进行加电；并对第二主控单元的指令进行转发；第二主控单元对接收的第一主控单元的指令进行解析和处理后，控制自身的部组件和外部设备加电。这种情况下，第一单体和第二单体的供电来源为供配电通信系统。
84.（2）第一单体、第二单体均被释放的加电顺序：供配电通信系统对第一单体夹持释放系统和第一单体的第一主控单元加电；第一主控单元控制第一电池系统放电；供配电通信系统控制第一主控单元断电，并控制第一单体夹持释放系统对第一单体释放；第一主控单元通过无线供电发送和接收系统加电，从而控制第二单体的第二主控单元加电，第二主控单元控制第二电池系统放电后，再由第一主控单元控制无线供电发送系统断电、并控制对接的外部设备加电。这种情况下，第一单体和第二单体的供电来源分别为第一电池系统和第二电池系统，如果第一单体夹持释放系统无法与第一单体进行对接，可以通过手动操作方式进行对接，将第一单体进行固定。
85.（二）控制系统的断电说明：首先是第二单体的第二主控单元控制外部设备断电，控制第二电池系统停止放电；（1）如果第一单体被第一单体夹持释放系统释放，则供配电通信系统控制第一单体夹持释放系统执行夹持运动；与此同时，第一主控单元对第一单体进行喷气悬停对接控制，使第一单体运动到第一单体夹持释放系统的目标对接位置进行对接，对接后的第一单体被第一单体夹持释放系统固定；供配电通信系统通过第一单体夹持释放系统对第一单体的第一主控单元供电，然后第一单体的第一主控单元控制自身设备断电，控制第一电池系统停止放电；最后对第一单体的第一主控单元断电。
86.（2）如果第一单体被第一单体夹持释放系统固定，则无需执行第一单体夹持释放系统的夹持动作、第一主控单元对第一单体的喷气悬停推进控制，其余断电顺序一致。
87.本发明可以实现高微重力环境的稳定控制，为外部设备提供了高微重力实验环境，增强了系统的安全性、可靠性和人机交互性。
88.本控制系统针对在完成系统的接口通信、供配电管理、数据采集、微重力计算和控制、故障监测处置和报警，在轨维护升级的同时，能够产生最高为10-6
~10-7
g的高微重力环境，为多元化，多载荷、多任务的空间微重力探测和研究等相关领域，提供一个高微重力环境平台和技术支撑，弥补了现有技术的空缺。
89.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种空间高微重力环境控制系统，其特征在于，包括第一单体、第二单体、第一单体夹持释放系统、第二单体夹持释放系统和供配电通信系统；所述第一单体通过所述第一单体夹持释放系统与发射机构连接，通过对所述第一单体夹持释放系统的动作控制，进而控制所述第一单体的状态；其中，所述第一单体的状态包括夹持状态和释放状态；所述第二单体通过所述第二单体夹持释放系统与所述第一单体连接，通过对所述第二单体夹持释放系统的动作控制，进而控制所述第二单体的状态；其中，所述第二单体的状态，是指所述第二单体相对于所述第一单体的状态，包括夹持状态和释放状态；所述供配电通信系统具有供配电单元和通信单元；所述供配电单元，用于向所述第一单体和所述第一单体夹持释放系统供电；所述通信单元，用于分别与所述第一单体和上层平台连接，实现所述第一单体和所述上层平台之间的通信。2.根据权利要求1所述的一种空间高微重力环境控制系统，其特征在于，所述第一单体包括第一主控单元、电磁控制系统、喷气控制系统、第一电池系统、充气控制系统、第一相对位姿采集系统、第二相对位姿采集系统、无线供电发送系统、供电连接器、第一单体通信单元以及工作状态指示和报警系统；所述第一主控单元，分别与所述电磁控制系统、所述喷气控制系统、所述第一电池系统、所述充气控制系统、所述第一相对位姿采集系统、所述第二相对位姿采集系统、所述无线供电发送系统、所述供电连接器、所述第一单体通信单元和所述工作状态指示和报警系统连接。3.根据权利要求2所述的一种空间高微重力环境控制系统，其特征在于，所述第二单体包括第二主控单元、第二电池系统、无线供电接收系统、微重力加速度采集系统和第二单体通信单元；所述第二主控单元，分别与所述第二电池系统、所述无线供电接收系统、所述微重力加速度采集系统和所述第二单体通信单元连接。4.一种权利要求1-3任一项所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，初始状态：第一单体夹持释放系统夹紧第一单体，使第一单体为夹持状态；第二单体夹持释放系统夹紧第二单体，使第二单体为夹持状态；外部设备与第二单体固定；步骤2，进行空间高微重力环境控制的准备步骤：当第一单体的第一主控单元通过供配电通信系统接收到来自于上层平台的电池充电指令时，对第一电池系统和第二电池系统进行充电操作，使第一电池系统和第二电池系统的电压高于最低放电电压；当第一单体的第一主控单元通过供配电通信系统接收到来自于上层平台的充气指令时，对充气控制系统进行控制，从而使充气控制系统向喷气气源充气，使喷气气源的压力满足喷气控制系统的喷气压力需求；步骤3，空间高微重力环境控制：供配电通信系统接收来自于上层平台的高微重力控制指令，根据所述高微重力控制指令触发执行以下三种控制模式之一：组合体喷气控制模式、单体电磁控制模式以及单体电磁喷气控制模式；
如果为组合体喷气控制模式，执行步骤4、步骤7和步骤9；如果为单体电磁控制模式，执行步骤5、步骤8和步骤9；如果为单体电磁喷气控制模式，执行步骤6、步骤7、步骤8和步骤9；步骤4，组合体喷气控制模式下，夹持释放状态控制：控制第一单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第一单体，使第一单体为释放状态；维持第二单体夹持释放系统的夹持状态，从而继续夹持第二单体，使第二单体相对于第一单体为夹持状态；步骤5，单体电磁控制模式下，夹持释放状态控制：维持第一单体夹持释放系统的夹持状态，从而继续夹持第一单体，使第一单体为夹持状态；控制第二单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第二单体，使第二单体相对于第一单体为释放状态；步骤6，单体电磁喷气控制模式下，夹持释放状态控制：控制第一单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第一单体，使第一单体为释放状态；控制第二单体夹持释放系统执行释放操作，从而释放第二单体，使第二单体相对于第一单体为释放状态；步骤7，第一单体喷气控制方式：步骤7.1，预设定第一单体的相对位姿目标值；步骤7.2，通过第一单体的第一相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第一单体的相对位姿实时值，并根据第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对喷气控制系统进行控制，使喷气控制系统对第一单体产生喷气推力，进行调节第一单体的相对位姿，直到使第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差小于设定阈值，从而使第一单体处于高微重力环境；步骤8，第二单体电磁控制方式：步骤8.1，预设定第二单体相对于第一单体的相对位姿目标值；步骤8.2，通过第一单体的第二相对位姿采集系统，按一定的测量周期采集第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值，并根据第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与预设定的相对位姿目标值的偏差，对电磁控制系统进行控制，使电磁控制系统对第二单体产生电磁力，进行调节第二单体相对于第一单体的相对位姿，直到使第二单体相对于第一单体的相对位姿实时值与相对位姿目标值的偏差小于设定阈值，从而使第二单体处于高微重力环境；步骤9，第二单体高微重力环境的监测：第二单体的微重力加速度采集系统，周期性采集第二单体的微重力加速度数据，并将第二单体的微重力加速度数据传输给第二单体的第二主控单元；第二单体的第二主控单元，周期性将接收到的第二单体的微重力加速度数据传输给第一单体的第一主控单元，第一主控单元再将第二单体的微重力加速度数据，通过供配电通信系统传输给上层平台，完成空间高微重力测量。5.根据权利要求4所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，步骤2中，对第一电池系统和第二电池系统进行充电操作，具体为：供配电通信系统通过供电连接器与第一主控单元的供电接口连接，第一主控单元与第一电池系统电性连接，供配电通信系统的电流依次通过供电连接器、第一主控单元后到达
第一电池系统，进而向第一电池系统充电；第一单体的第一主控单元与无线供电发送系统连接，无线供电发送系统与第二单体的无线供电接收系统连接，无线供电接收系统通过第二主控单元与第二电池系统连接；因此，第一主控单元的电流依次通过无线供电发送系统、无线供电接收系统和第二主控单元后到达第二电池系统，进而向第二电池系统充电。6.根据权利要求4所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，当为组合体喷气控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过第一电池系统供电；第二单体通过第二电池系统供电；当为单体电磁控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过供配电通信系统供电；第二单体通过第二电池系统供电；当为单体电磁喷气控制模式时，第一单体和第二单体的供电来源为：第一单体通过第一电池系统供电；第二单体通过第二电池系统供电。7.根据权利要求4所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，当完成空间高微重力控制后，还包括：步骤10，第一单体和第二单体的复位过程：如果第二单体为释放状态，则对第二单体夹持释放系统进行控制，使第二单体被第二单体夹持释放系统夹持固定；如果第一单体为释放状态，则对第一单体和第一单体夹持释放系统进行控制，使第一单体复位，并被第一单体夹持释放系统夹持固定，完成交会对接匹配过程。8.根据权利要求7所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，所述交会对接匹配控制过程，具体为：第一单体的第一相对位姿采集系统，采集第一单体的相对位姿实时值，并计算得到相对于第一单体夹持释放系统的位姿偏差；然后，对喷气控制系统进行控制，使喷气控制系统对第一单体产生喷气推力，进行调节第一单体的相对位姿，直到使第一单体移动并保持在夹持目标位姿；然后，控制第一单体夹持释放系统执行夹持动作，从而实现第一单体被第一单体夹持释放系统夹持固定。9.根据权利要求7所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，所述第一单体还具有故障检测和故障处置功能，具体为：在进行步骤9的第二单体高微重力环境的监测时：如果为组合体喷气控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据，或者在设定时间内组合体的相对位姿没有达到设定的目标值，则输出故障代码，并控制喷气控制系统的喷气组件停止工作；如果为单体电磁控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据，则输出故障代码，并控制电磁控制系统停止工作；如果为单体电磁喷气控制模式，如果第一单体的第一主控单元，在设定时间长度内没有接收到第二单体的微重力加速度数据或者在设定时间内组合体的相对位姿没有达到设定的目标值，则输出故障代码，控制喷气控制系统的喷气组件停止工作，同时控制电磁控制系统停止工作。10.根据权利要求9所述的空间高微重力环境控制系统的方法，其特征在于，所述故障
检测和故障处置功能还包括：第一单体的第一主控单元，对第一电池系统进行充电和放电控制，对第一电池系统进行高温、过充、过放的故障监测和故障处置；第一单体的第一主控单元，对无线供电发送系统进行状态监测和故障处置；第一单体的第一主控单元，对充气控制系统的充气压力、温度和电流进行监测和故障处置；第二单体的第二主控单元，对第二电池系统进行充电和放电控制，对第二电池系统进行高温、过充、过放的故障监测和故障处置；第二单体的第二主控单元，对无线供电接收系统进行状态监测和故障处置；第二单体和第一单体的故障状态，最终通过第一主控单元的工作状态指示和报警系统，显示系统的工作状态，并控制报警系统发出声光报警提示。

技术总结
本发明提供一种空间高微重力环境控制系统及方法，通过该控制系统和方法，为外部设备提供一种高微重力环境。空间高微重力环境控制系统，包括第一单体、第二单体、第一单体夹持释放系统、第二单体夹持释放系统和供配电通信系统，其中第二单体能够支持外部设备接入，从而为外部设备提供高微重力环境。空间高微重力环境控制系统，根据控制系统的任务和外部设备的需求，第一单体和第二单体可灵活配置有三种控制模式，分别为：组合体喷气控制模式、单体电磁控制模式以及单体电磁喷气控制模式，从而满足多元化，多载荷、多任务的空间微重力探测和研究等需求，为空间引力波探测、空间干涉、基础物理研究的系统控制提供技术参考。理研究的系统控制提供技术参考。理研究的系统控制提供技术参考。


技术研发人员：安美珍 李宗峰 李喆 王珂 王金准 王蜀泉 张龙
受保护的技术使用者：中国科学院空间应用工程与技术中心
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/6/28