[發明專利]基于氣磁復合控制的雙超衛星平臺姿態地面仿真模擬器

有效

• 申請號: 201910074277.1
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109599005B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 馬偉;徐毅;許域菲;唐忠興;趙洪波;裘俊
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G09B9/08
• 分類號: G09B9/08;G09B9/12
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于氣磁復合控制的雙超衛星平臺姿態地面仿真模擬器，屬于航天器物理仿真領域，通過氣浮球軸承實現轉動平臺的Rx、Ry和Rz自由度運動，通過平面氣浮軸承實現載荷艙氣浮平臺和平臺艙氣浮平臺的X和Y自由度運動，通過設置在支撐立柱上的磁懸浮支撐浮動磁鋼和設置在水平移動平臺上的磁懸浮固定磁鋼，實現支撐立柱與水平移動平臺的非接觸重力補償支撐，通過由洛倫茲電機磁鋼和洛倫茲電機線圈組成的洛倫茲電機實現支撐立柱與水平移動平臺的非接觸力控制和Z自由度運動，進而獲得轉動平臺的六自由度運動，具有六自由度非接觸支撐、穩定性高和響應快等優點，可用于雙超衛星平臺的姿態模擬、大擺角機動特性和動中成像地面驗證。

技術領域

本發明涉及航天器物理仿真領域，具體地，涉及一種基于氣磁復合控制的雙超衛星平臺姿態地面仿真模擬器。

背景技術

伴隨著科技的迅速發展，航天對地觀測遙感任務逐漸朝高空間分辨率和高效率方向發展，而觀測遙感的高空間分辨率和高效率主要取決于衛星載荷的指向精度、穩定性和敏捷機動性能。在傳統的衛星平臺中，大型太陽帆板等撓性附件以及飛輪、陀螺、驅動機構等活動部件是影響衛星載荷姿態指向精度、穩定度和敏捷機動性能的主要原因。

傳統衛星設計中，載荷艙與平臺艙固連，其姿態跟隨衛星平臺進行控制，載荷艙的姿態精度主要取決于衛星平臺的姿態控制精度，而衛星平臺上的大型撓性附件又間接影響載荷艙的控制精度。因此采用載荷與平臺固連的方式，難以同時實現載荷姿態的超高穩定度、超高指向精度和超高敏捷性能。為了提高衛星載荷的指向精度和穩定性，進行有效的振動隔離和抑制，通過采用將平臺與載荷進行物理分離的雙體衛星形式，進而實現了載荷的高運動精度和高運動速度，已成為下一代衛星平臺的熱點技術之一。為了實現對雙體衛星平臺的在軌性能驗證，進行模擬失重及微干擾力矩空間環境的地面仿真實驗就變得尤為重要，因此，需要提供滿足運動要求的地面物理仿真地面測試系統。專利文獻CN103514792A提及一種空間六自由度氣浮隨動運動平臺。該平臺通過氣浮技術實現兩自由度平動和三個自由度轉動，并采用液體平衡方法實現垂向隨動，進而獲得空間微重力環境下航天器姿態的運動模擬。但是該專利采用的液壓驅動結構形式，由于液壓油的高粘度而導致較大的粘滯阻尼干擾，同時采用單向液壓缸推進與氣浮運動平臺的重力相平衡的開式控制方式，嚴重削弱了平臺系統的響應頻率及穩定性；專利文獻CN104875907A提及一種狹窄空間重型設備運送安裝六自由度氣浮車，通過平面氣足、前后移動自由度裝置、豎直移動自由度裝置和左右擺動自由度裝置的組合，實現重型設備的六自由度運送安裝，但是該氣浮車中的垂直移動、前后翻轉、左右擺動機構均采用直接接觸式運動導軌，進而帶來較大的摩擦力，無法滿足航天器的微干擾力矩環境的地面模擬要求；專利文獻CN105321398A中的一種六自由度氣浮式運動模擬器，借助一個球面氣浮軸承、三個平面氣浮軸承和一個升降柱組件實現平臺的六自由度運動，但是該專利中的升降柱組件通過鋼絲繩與滑輪組的形式連接外支撐柱和平衡塊，會帶來較大的摩擦力干擾，且由于鋼絲的彈性形變導致垂向運動控制精度低、穩定時間長。因此需要設計一種響應速度快，干擾力矩小，且適應于驗證雙體衛星指向精度、穩定性和敏捷機動性能的新型六自由度物理仿真地面測試裝置。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于氣磁復合控制的雙超衛星平臺姿態地面仿真模擬器屬于航天器物理仿真領域，通過氣浮球軸承實現轉動平臺的Rx、Ry和Rz自由度運動，通過平面氣浮軸承實現載荷艙氣浮平臺和平臺艙氣浮平臺的X和Y自由度運動，通過設置在支撐立柱上的磁懸浮支撐浮動磁鋼和設置在水平移動平臺上的磁懸浮固定磁鋼，實現支撐立柱與水平移動平臺的非接觸重力補償支撐，通過由洛倫茲電機磁鋼和洛倫茲電機線圈組成的洛倫茲電機實現支撐立柱與水平移動平臺的非接觸力控制和Z自由度運動，進而獲得轉動平臺的六自由度運動，具有六自由度非接觸支撐、穩定性高和響應快等優點，可用于雙超衛星平臺的姿態模擬、大擺角機動特性和動中成像地面驗證。