[發(fā)明專利]衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580082450.2
• 申請(qǐng)日: 2015-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN107949522B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瓦爾達(dá)斯·格瑞加流納斯;安卓亞斯·維爾科斯卡斯;艾爾吉斯·卡爾帕維希爾斯;馬瑞爾斯·古道思奇斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 快速定位解決方案有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B64G1/28
• 分類號(hào): B64G1/28
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務(wù)所 44275
• 代理人: 林棟

本發(fā)明是關(guān)于一種衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，包含一球形慣性體，該球形慣性體(1)被配置成以一期望的旋轉(zhuǎn)模式在太空中旋轉(zhuǎn)；一或多個(gè)旋轉(zhuǎn)反饋傳感器。該系統(tǒng)更包含一組支撐件(3)及/或致動(dòng)器(2)，而一或多個(gè)致動(dòng)器用來通過摩擦產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)量予該球形慣性體。一組三或更多個(gè)致動(dòng)器與支撐件用來保持該慣性體在原位。三或更多個(gè)支撐組件(支撐件與致動(dòng)器)與磁吸引力結(jié)合使用，或者在不使用磁吸引力的情況下，使用四或更多個(gè)支撐組件。支撐件可為被動(dòng)或半主動(dòng)，以減少摩擦。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是與小型化衛(wèi)星定位系統(tǒng)有關(guān)；更具體而言，是有關(guān)于具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的陀螺儀，優(yōu)選地為球形，具有多重旋轉(zhuǎn)角度。

背景技術(shù)

隨著攝像機(jī)及各種信號(hào)和通信設(shè)備等電子測量設(shè)備尺寸的減小，人造衛(wèi)星的尺寸也隨之減小。因此，衛(wèi)星本身和其發(fā)射火箭的成本也大幅降低。包括姿態(tài)控制系統(tǒng)在內(nèi)的所有衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)都需要小型化和更輕量的解決方案。

衛(wèi)星的反作用球體定位系統(tǒng)(reaction sphere positioning systems)是此類節(jié)點(diǎn)其中的一種，其用于將衛(wèi)星定位在太空中，并且例如將其通信或觀測裝置指向地球上期望的點(diǎn)或指向太空中期望的方向。

在歷史上，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是通過使用一圓柱形飛輪或反作用輪的概念來建造，而多達(dá)3個(gè)飛輪以不同旋轉(zhuǎn)模式旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸優(yōu)選地位于X，Y和Z方向上。這些飛輪的支撐件牢固地固定在衛(wèi)星的框架上。通過選擇所有飛輪的適當(dāng)?shù)膽T性比例，可以在無重力環(huán)境下進(jìn)行衛(wèi)星定向控制。

為了減小此類飛輪的尺寸和重量，目前已經(jīng)有顯著的成果。其中一個(gè)方面是配備一個(gè)單一的旋轉(zhuǎn)體，如一多重旋轉(zhuǎn)球體，并通過電磁場驅(qū)動(dòng)它。此類球體包括永久磁鐵并且作用如同轉(zhuǎn)子，多重的電磁鐵位于圍繞球體的一定子框架中。

日本專利JP6117741A記載了一種裝置，其通過非接觸方式支撐由一個(gè)球組成的轉(zhuǎn)子且允許轉(zhuǎn)子可控地環(huán)繞任何軸線旋轉(zhuǎn)，使多個(gè)軸的位置可被控制，以減小單組飛輪裝置的尺寸、重量、零件的數(shù)量。在此方案中，電磁鐵是配置在一空心球形轉(zhuǎn)子10的外部，以延伸穿過轉(zhuǎn)子的中心并且與轉(zhuǎn)子彼此夾在彼此正交的軸線X，Y和Z上，使得以磁吸力支撐轉(zhuǎn)子10的一磁軸承構(gòu)成非接觸方式。此外，在各自軸在線彼此相對(duì)的電磁鐵的外側(cè)設(shè)置有與電磁鐵同心的定子，使得轉(zhuǎn)子可以通過定子的磁力而環(huán)繞任何軸線旋轉(zhuǎn)。如此，分別安裝在現(xiàn)有人造衛(wèi)星的三個(gè)軸上的飛輪裝置可以替換為單組飛輪裝置。

PCT專利申請(qǐng)?zhí)朩O2014017817記載一種三維的剛性球驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包含：一支撐框架，具有多面體形狀；一剛性球，位于支撐框架內(nèi)部中心處；多個(gè)滾珠軸承，安裝在支撐框架的內(nèi)邊緣處并接觸剛性球的表面；多個(gè)電磁鐵，設(shè)置成圍繞該些滾珠軸承，以形成用以旋轉(zhuǎn)剛性球的磁場；以及一控制單元，用以控制該些電磁體，以控制剛性球的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)該發(fā)明，安裝在衛(wèi)星的姿態(tài)控制設(shè)備內(nèi)該剛性球是由多個(gè)滾珠軸承支撐，因而不需要安裝用于將剛性球懸浮在空中的磁懸浮裝置。此外，該剛性球的位置是通過振動(dòng)等來維持，如此能精確地控制衛(wèi)星的姿態(tài)。

立陶宛專利號(hào)LT6089記載一種衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備。該發(fā)明是基于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性矩變化作用以進(jìn)行衛(wèi)星引導(dǎo)，尤其是在三個(gè)空間軸線中使用球形衛(wèi)星定向的體質(zhì)量，及壓電致動(dòng)器通過組合三軸線的任意者使該球體旋轉(zhuǎn)。衛(wèi)星定向裝置是由一定質(zhì)量的球體和產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)壓電致動(dòng)器所組成，壓電致動(dòng)器由至少兩個(gè)壓電陶瓷半球圍繞該球體及在一該壓電陶瓷半球與基座之間的彈性組件組成，或者壓電陶瓷半球裝置可以替換成具有壓電陶瓷圓柱體，球體帶有連接在其主體上的永久磁鐵，且球體壓靠在裝設(shè)于壓電陶瓷圓柱體上的中間組件。所提出的設(shè)備具有簡單的設(shè)計(jì)可用于任何太空衛(wèi)星。

在最近的專利中，壓電陶瓷半球具有分段電極，其允許在不連續(xù)的區(qū)域中引起壓電致動(dòng)器的振動(dòng)，因而產(chǎn)生該球體的一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然而，這類解決方案的主要缺點(diǎn)在于，分段的壓電陶瓷致動(dòng)器具有稱之為振動(dòng)串?dāng)_的負(fù)特性，其將導(dǎo)致壓電陶瓷致動(dòng)器的一個(gè)區(qū)段中產(chǎn)生的振動(dòng)被感應(yīng)到另一個(gè)區(qū)段且與該球體相切。此外，一半球或一圓柱體會(huì)覆蓋球形慣性體的大部分表面積，使得難以安裝傳感器系統(tǒng)來主動(dòng)反饋感應(yīng)旋轉(zhuǎn)。