[發(fā)明專利]一種并聯(lián)平鋪貯箱衛(wèi)星的零配重質(zhì)心調(diào)配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410572356.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN104401506A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉杰;陸國(guó)平;周徐斌;董瑤海;林景松;張小柯;曾擎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中;樊昕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星總體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用貯箱并聯(lián)平鋪布局的高軌衛(wèi)星的零配重質(zhì)心調(diào)配方法。

背景技術(shù)

高軌衛(wèi)星在星箭分離后，一般采用衛(wèi)星自帶的遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，經(jīng)過若干次的變軌后，到達(dá)預(yù)定軌道。這一過程中，隨著推進(jìn)劑的消耗，衛(wèi)星質(zhì)心不斷變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力不能每時(shí)每刻都經(jīng)過質(zhì)心，因此會(huì)產(chǎn)生干擾力矩。干擾力矩的存在對(duì)衛(wèi)星主要是兩方面的影響。一方面是影響衛(wèi)星壽命，需消耗推進(jìn)劑來產(chǎn)生控制力矩以抵消干擾力矩；另一方面是影響變軌的安全性，當(dāng)質(zhì)心變化達(dá)到一定程度時(shí)星上無法產(chǎn)生足夠的控制力矩以抵消干擾力矩，衛(wèi)星將失控。

變軌段衛(wèi)星質(zhì)心變化量與衛(wèi)星的初始質(zhì)心位置存在一定的比例關(guān)系，滿足下式

上式中的下標(biāo)i表示第i次變軌，比例系數(shù)A_i與前i次變軌的推進(jìn)劑消耗量以及衛(wèi)星總質(zhì)量相關(guān)，由具體衛(wèi)星型號(hào)采取的變軌策略所確定。隨著推進(jìn)劑的不斷消耗，A_i不斷變大，在變軌末期通常可達(dá)0.8-0.9。可見，初始質(zhì)心的偏心越小變軌段的質(zhì)心變化量越小，因此，控制干擾力矩的關(guān)鍵是減小衛(wèi)星的初始質(zhì)心偏移。

通常，采用在星上安裝配重塊的方法對(duì)初始質(zhì)心進(jìn)行調(diào)配。在衛(wèi)星質(zhì)量特性測(cè)試后得到衛(wèi)星質(zhì)量M_衛(wèi)星和初始質(zhì)心通過在星上特定位置安裝一定數(shù)量和質(zhì)量的配重塊以達(dá)到減小初始質(zhì)心的目的，使配重后(為配重后的衛(wèi)星初始質(zhì)心)，如下式

上式中i＝1，2…N表示配重塊的數(shù)量，M_配重i為第i塊配重塊的質(zhì)量，為第i塊配重塊的位置。衛(wèi)星質(zhì)量M_衛(wèi)星由兩部分組成，一部分為不含推進(jìn)劑的衛(wèi)星干質(zhì)量M_干，另一部分為推進(jìn)劑的質(zhì)量M_推，這兩部分質(zhì)量存在一定的比例關(guān)系。當(dāng)衛(wèi)星總質(zhì)量不受限制時(shí)，配重后，衛(wèi)星干質(zhì)量增加推進(jìn)劑的質(zhì)量M_推等比例增加，則衛(wèi)星總質(zhì)量增加；當(dāng)衛(wèi)星總質(zhì)量受限而無法增長(zhǎng)時(shí)，配重后，為使總質(zhì)量不變，須使推進(jìn)劑的質(zhì)量M_推減小即減少推進(jìn)劑加注量，影響衛(wèi)星使用壽命。

因此，采用安裝配重塊的方法僅適合衛(wèi)星質(zhì)量余量充足的情況，雖然簡(jiǎn)單易行，但是增加了衛(wèi)星的干重，衛(wèi)星無法在原有基礎(chǔ)上增加更多的推進(jìn)劑用于延長(zhǎng)壽命。對(duì)于質(zhì)量余量不足的衛(wèi)星，采用安裝配重塊的方法須減少推進(jìn)劑的加注量，影響衛(wèi)星壽命。

貯箱并聯(lián)平鋪布局的衛(wèi)星的橫向尺寸大，易造成衛(wèi)星質(zhì)心偏心；由推進(jìn)劑的不平衡排放引起同種推進(jìn)劑的質(zhì)量分布不均衡，從而造成衛(wèi)星質(zhì)心的進(jìn)一步變化。因此，貯箱并聯(lián)平鋪布局衛(wèi)星的質(zhì)心調(diào)配顯得更為重要。

目前，國(guó)內(nèi)在軌的高軌衛(wèi)星未采用貯箱并聯(lián)平鋪布局方式，在研的多個(gè)衛(wèi)星型號(hào)采用貯箱并聯(lián)平鋪布局，但沒有發(fā)現(xiàn)類似的質(zhì)心調(diào)配技術(shù)或報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種并聯(lián)平鋪貯箱衛(wèi)星的零配重質(zhì)心調(diào)配方法，針對(duì)采用貯箱并聯(lián)平鋪布局的高軌衛(wèi)星，提出一種不受衛(wèi)星總質(zhì)量限制的零配重質(zhì)心調(diào)配方法，減小變軌段的質(zhì)心變化量及相應(yīng)的干擾力矩，從而確保變軌的安全性。本發(fā)明通過對(duì)每個(gè)貯箱的推進(jìn)劑的加注量進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)整衛(wèi)星質(zhì)心的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種并聯(lián)平鋪貯箱衛(wèi)星的零配重質(zhì)心調(diào)配方法，包括步驟如下：

(1)預(yù)算衛(wèi)星質(zhì)心位置；

(2)預(yù)算質(zhì)心可調(diào)整的范圍；

(3)在衛(wèi)星的質(zhì)量特性測(cè)試后，得到質(zhì)心的實(shí)測(cè)值，根據(jù)實(shí)測(cè)值，分析并計(jì)算需調(diào)整的推進(jìn)劑質(zhì)量及位置，使質(zhì)心往原點(diǎn)靠近；

(4)根據(jù)各貯箱的推進(jìn)劑加注量計(jì)算結(jié)果，實(shí)施衛(wèi)星的推進(jìn)劑加注，控制不同的加注量，同時(shí)，設(shè)置加注后的工作狀態(tài)。

所述第(2)步預(yù)算衛(wèi)星的初始質(zhì)心可調(diào)整范圍的具體步驟如下：

a)預(yù)算同種推進(jìn)劑貯箱加注推進(jìn)劑的最大質(zhì)量差異

氧化劑貯箱加注最大質(zhì)量差異ΔM_氧預(yù)算如下：

上式中β為貯箱的最大填充系數(shù)，ρ_氧為氧化劑密度，V_貯為貯箱容積，H為氧化劑密度與燃燒劑密度的比值，M_推為推進(jìn)劑質(zhì)量；

燃燒劑貯箱加注最大質(zhì)量差異ΔM_燃預(yù)算如下：

上式中ρ_燃為燃燒劑密度ρ_燃＝ρ_氧/H；

b)預(yù)算X向的可調(diào)整范圍

X向可調(diào)整范圍|ΔX|預(yù)算如下：