[發(fā)明專利]一種分艙優(yōu)化設(shè)計的桁架式GEO衛(wèi)星推力器布局方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510548792.0
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105197257B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周志成;孫寶祥;李新剛;李峰;裴勝偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分艙優(yōu)化設(shè)計的桁架式GEO衛(wèi)星推力器布局方法，屬于航天器控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星通常安裝1個大推力變軌發(fā)動機和12臺以上的化學(xué)推力器，完成衛(wèi)星變軌、定點、東西和南北位置保持、姿態(tài)控制和角動量卸載等任務(wù)，推進分系統(tǒng)推力器布局要考慮到衛(wèi)星結(jié)構(gòu)安裝約束、推力器羽流影響、控制分系統(tǒng)要求。

有中心承力筒結(jié)構(gòu)的GEO通信衛(wèi)星，兩個推進劑貯箱是沿Z軸安裝的，輕一點的燃箱在上艙，重一點的氧箱在下艙，推力器一般安裝在對地板和背地板，背地板位于推進服務(wù)艙的底部，對地板位于載荷艙的頂部，因此推力器的管路經(jīng)過推進服務(wù)艙，也經(jīng)過載荷艙，推力器和管路的安裝、測試與拆卸需要對載荷艙進行操作，不便于進行分艙模塊化設(shè)計。

分艙優(yōu)化設(shè)計的桁架式GEO衛(wèi)星的重量重的推進劑貯箱、蓄電池等通常均在推進服務(wù)艙，推力器與管路均在推進服務(wù)艙，有可能進行分艙模塊化設(shè)計，但是機械坐標系中整星質(zhì)心Z軸坐標仍然明顯高于推進服務(wù)艙上端的Z軸坐標，東西南北位保的推力器在推進服務(wù)艙布局，既不能像中心承力筒結(jié)構(gòu)的GEO通信衛(wèi)星那樣將推力器安裝在對地板和背地板，也不能根據(jù)質(zhì)心高度安裝在星體腰部，也不能以壽命中期的整星質(zhì)心Z軸坐標為中心，在衛(wèi)星四角上下對稱布局了，使分艙模塊化的推力器布局的優(yōu)化有很大困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：不僅要滿足桁架式GEO衛(wèi)星推力器均在推進服務(wù)艙布局的分艙模塊化設(shè)計基本需求，而且要優(yōu)化推力器布局。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種分艙優(yōu)化設(shè)計的桁架式GEO衛(wèi)星推力器布局方法，步驟如下：

1)在推進服務(wù)艙背地板安裝大推力變軌發(fā)動機，在大推力變軌發(fā)動機推力矢量進行標定后，按保證變軌發(fā)動機推力矢量通過質(zhì)心與Z軸方向一致的目標，調(diào)整變軌發(fā)動機在衛(wèi)星機械坐標系中的安裝方向，使大推力變軌發(fā)動機點火時，在X、Y軸方向產(chǎn)生不超過±5.0Nm的干擾力矩，在Z方向產(chǎn)生不超過±0.7Nm的干擾力矩；

2)在推進服務(wù)艙背地板四角沿Z方向安裝4個10N推力器1A、2A、3A、4A，再將東邊2個推力器1A、4A和西邊2個推力器2A、3A的噴管方向分別向東和向西偏轉(zhuǎn)一個θ角，或?qū)⒛线?個推力器1A、2A和北邊2個推力器3A、4A的噴管方向分別向南和向北偏轉(zhuǎn)一個θ角，按照具有盡可能大的衛(wèi)星變軌效率、足夠大的克服變軌發(fā)動機干擾力矩的能力、兼顧推進劑沉底及三軸姿態(tài)控制與角動量卸載的要求，進行推力器布局，保證推力器1A、2A、3A、4A配對工作，產(chǎn)生的三軸姿態(tài)控制力矩不小于變軌發(fā)動機點火時對應(yīng)軸的干擾力矩的2倍；

3)采用成對10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推進服務(wù)艙東板和西板中間，即XOZ平面內(nèi)，各安裝2個推力器1E、2E和1W、2W，用于東西位保，并且兼顧俯仰姿態(tài)控制與角動量卸載功能，東西位保推力器的推力矢量與衛(wèi)星本體系Z軸相交點包容了全壽命期間的整星質(zhì)心變化范圍，且各留出裕度，確保東西位保推力器工作時俯仰姿態(tài)控制的極性正確；

4)采用成對10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推進服務(wù)艙南板和北板各安裝4個10N推力器1S、2S、3S、4S和1N、2N、3N、4N，以YOZ平面對稱布局，用于南北位保，并且兼顧滾動、俯仰、偏航姿態(tài)控制與角動量卸載功能，南北位保推力器的推力矢量與衛(wèi)星本體系XOZ平面相交點的Z軸分量包容了同步軌道全壽命期間的整星質(zhì)心變化范圍，且各留出裕度，確保南北位保推力器工作時滾動姿態(tài)控制的極性正確；

5)南板10N推力器3S、4S和北板10N推力器3N、4N分別與推力器1S、2S和推力器1N、2N保持斜向平行布局，不降低南北位保工作效率，但推力器3S、4S和推力器3N、4N安裝位置的Z軸分量降低到足夠小，兼作變軌期間背地板1A、2A、3A、4A的姿態(tài)控制備份；

6)推力器布局后進行10N推力器羽流影響分析，確保星表附件受到的推力器羽流干擾力、干擾力矩、熱流量、微粒污染累計量應(yīng)在允許范圍內(nèi)，所述星表附件包括星上敏感器、太陽翼、大天線、可展開熱輻射器，否則調(diào)整相關(guān)推力器的安裝位置和安裝角。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明將推進服務(wù)艙背地板四角安裝的4個10N推力器按照具有盡可能高的衛(wèi)星變軌效率、足夠大的克服大推力變軌發(fā)動機干擾力矩的能力、兼顧推進劑沉底及三軸姿態(tài)控制與角動量卸載等需求設(shè)計推力器布局方位角。