[發明專利]一種利用干擾積累角動量自平衡的軌道控制方法

有效

• 申請號: 201210590307.2
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103076809A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王淑一;雷擁軍;王新民;宗紅;袁軍;張篤周;周劍敏;趙性頌
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明衛星軌道控制技術領域，涉及一種利用干擾積累角動量自平衡的軌道控制方法。

背景技術

由于載荷正常工作的需要，海洋二號衛星必需抬高軌道55km至目標軌道。一般衛星軌道控制時由于干擾力矩大，均采用噴氣控制實現軌控過程中的姿態保持。然而，海洋二號衛星-Z軸姿控發動機不可用，僅能通過動量輪進行軌控時的星體姿態控制。同時，海洋二號衛星由于受發動機羽流影響，軌控發動機工作對衛星Z軸方向產生較大的干擾力矩。

以往衛星的軌道控制大都是基于三軸推力器噴氣控制實現姿態穩定，或者在軌控發動機干擾力矩較小且軌控時間較短時，利用動量輪可吸收軌控干擾力矩時，利用輪控維持姿態穩定。而本發明提出的背景是對地定向的衛星姿控發動機故障、軌控發動機干擾力矩較大且要求軌道半長軸調整量較大，目前沒有針對這類情況的軌道控制技術可借鑒。因此，采用1N推力器在較短時間內完成幾十公里的軌道半長軸調整，并在軌控過程中抑制或者轉移干擾力矩對動量輪系統的影響，避免動量輪系統飽和，是以往型號中從未遇到的難題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對現有技術的不足，提供了一種對地定向的衛星中利用干擾積累角動量自平衡的軌道控制方法，實現了在軌道半長軸調整過程中利用軌控推力器產生的干擾積累角動量對衛星的軌道控制。

本發明的技術解決方案是：

針對對地定向的衛星在軌道半長軸調整過程中產生的z軸(或x軸)姿態干擾力矩無法及時消除的問題，采用動量輪作為干擾角動量存儲機構，而通過合理選取軌控位置，將動量輪存儲的干擾角動量在下一次軌道控制中利用軌控干擾力矩進行消除，從而實現z軸(或x軸)干擾角動量自平衡，達到軌控過程不需要z軸(或x軸)姿控發動機工作的目的。

為實現上述衛星的軌道控制過程，本發明的包括以下步驟：

在衛星軌道控制的起始圈次建立慣性系X方向的起始偏置角動量，所述起始偏置角動量為其中，T_d為衛星的軌控推力器工作時對星體+Z軸產生的擾動力矩；ω₀為衛星的軌道角速度；

確定衛星利用軌控推力器在每次軌道控制過程中的軌道控制時間T_p；

在衛星的一個軌道周期中，均勻選取M個軌道控制點進行軌道控制，所述M個軌道控制點的軌道控制時間的總和為軌道控制時間T_p。

進一步的，上述軌道控制時間T_p根據下式確定：

Tp=2πHPTd]]>

其中，H_P為在一個軌道周期內動量輪系統容許軌控推力器產生的積累角動量。

進一步的，上述軌道控制點在一個軌道周期內的個數為偶數。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

本發明可在存在較大軌控干擾力矩且姿控發動機不可用(或者不采用姿控發動機維持姿態)的前提下，進行長時間軌道控制，實現較大的軌道半長軸調整。

附圖說明

圖1為本發明流程圖；

圖2為干擾累積角動量自平衡的原理圖；

圖3為初始軌道控制狀態建立示意圖；

圖4為長期軌道控制示意圖。

具體實施方式

下面就結合附圖對本發明做進一步介紹。

對于采用軌控推力器進行軌道控制的對地定向衛星，假設在一圈軌道上軌控推力器連續工作，則會產生積累的擾動力矩，如圖2所示，圖中坐標系O-XYZ是以XOZ為軌道平面所建立的慣性坐標系，原點O為地心，Y軸垂直于軌道平面，指向軌道面法線方向，Z軸由地心指向初始時刻衛星中心，X軸與Y、Z正交。坐標系o_b-XbYbZb是衛星本體坐標系，原點o_b為衛星質心，Xb指向衛星前進方向，Zb指向地心，Yb與Xb，Zb正交。ω₀為軌道角速度；t為時間，以相對起始時刻開始計算；t＝0的點為衛星在軌道上起始時刻的位置；θ為衛星在所定義的慣性坐標系中，相對于其實時刻的相位(θ∈(0，2π])。