浮动航天器模拟器（FSS）是模仿卫星在空间运动的机器人载体。使用FSS可以在地球上对制导、导航和控制算法进行实验验证，然后再将其应用于空间，因为空间的错误是灾难性的。此外，FSS是空间系统工程课程中大学生的一个重要研究和教育工具。然而，目前使用的所有FSS都是定制开发和昂贵的项目。本论文涵盖了用于教学和研究目的的新型浮动航天器模拟器的开发、组装和测试过程，该模拟器被命名为MyDAS，代表微型动态自主航天器模拟器。通过介绍MyDAS，一个小型的、简单的和低成本的FSS，使FSS在大学和中学阶段的研究和教育中得到更广泛的利用。讨论了MyDAS的不同推进配置及其相应的运动方程。对于一个特定的配置，选择并测试了现成的气动和电子组件。一个模块化和标准化的3D打印框架将所有部件固定在一起，形成一个最终的刚性载体。最后，MyDAS在各种实验中被测试，完成了全部的硬件功能。

1 引言

本论文进行小型化和简化的浮动航天器模拟器（FSS）工作。本章简要介绍了这项工作的动机和目标，以及本论文的结构。

1.1 动机

未来空间任务中的航天器需要灵活、自主的制导、导航和控制（GNC）算法，如对接、接近或清除碎片的操纵[1], [2], [3]。用硬件在回路中验证GNC算法的一种方法是使用FSS，而无需将测试对象送入太空。尽管不向太空发射任何东西而大大降低了成本，但目前的FSS仍然需要大量的经济和费时的工作来建造和操作，这只有专门的机构或公司才可能做到。除此之外，目前的FSS都是独特的设计，没有标准化。引入一种新的、负担得起的、小而简单的FSS可以使本科生甚至高中生以及业余用户能够使用FSS工作。提供这种机会可以增加为未来空间任务创造更好的GNC算法的成功机会。

1.2 目标

先前工作提出了一个更便宜、更小、更简单的FSS的概念[4]，称为MyDAS，代表微型动态自主航天器模拟器。提出了初步的计算机辅助设计（CAD）模型、材料清单、气动图、接线图、两种浮动配置和三种推进配置。本论文的目的是建立一个MyDAS的物理工作实例。为此，所有定制设计的部件应与购买的现成部件一起制造和组装。所有的功能部件应先单独测试，然后再组合。最终的装置必须能够使用压缩空气供应漂浮和推动自己。如果可能的话，在不使用推进系统的空气的情况下，漂浮时间应超过5分钟。此外，推进系统必须由机载计算机和机载电池控制。该装置的硬件和软件应是开源的，以使其可重复使用。作为其中的一部分，将提出一个成本估算。在未来的工作中，希望MyDAS能被积极用于验证和改进GNC算法。

1.3 结构

如上所述，本论文是基于以前的工作，其中介绍了关于FSS的理论基础和技术现状[4]。理论基础和技术现状同样适用于本论文，这就是为什么它们在本文件中没有明确重复。在第2章运动方程中，以前工作中的简化运动方程被指定用于其中一个推进配置。第3章气动系统讨论了MyDAS的气动系统。第4章电子学中解释了MyDAS的电路以及所有的电子元件。第5章框架设计的主要内容是构建和制造一个定制的、3D打印的框架，该框架将所有的部件固定在一起。第6章设置和测试描述了在组装MyDAS的过程中对单个和组合部件的若干测试。在第7章实验中，全功能的FSS被用在一个花岗岩试验台上，以证明其功能，以及描述某些推进方面的特征。最后一章的结论是对工作的总结以及对未来工作的建议。复制MyDAS的基本信息，如技术图纸、材料清单和Python列表，可以在附录中找到。此外，该代码与CAD文件和更多不能打印在纸上的数据一起在网上提供。