[發明專利]一種火星探測環繞器分離安全自主推力系統及方法

有效

• 申請號: 202010136362.9
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111319799B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 馮建軍;劉斌;吳夢旋;李立斌;朱慶華;蔡雄
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/26;B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明涉及一種火星探測環繞器分離安全自主推力系統及方法，包括大推力系統、小推力系統、非推力方向小推力系統，可工作在三種工作模式：第一噴氣模式下，采用大推力系統對火星探測環繞器軌道控制；采用小推力系統對火星探測環繞器本體坐標系Y軸和Z軸姿態進行控制；第一噴氣模式下，當小推力器系統中的推力器出現故障時，切換至第二噴氣模式：采用大推力系統對火星探測環繞器軌道和本體坐標系Y軸和Z軸姿態進行控制；第一噴氣模式下，當大推力器出現故障時，切換至第三噴氣模式：采用大推力系統對火星探測環繞器軌道和本體坐標系Y軸和Z軸姿態進行控制；三種模式下均采用非推力方向小推力系統對火星探測環繞器本體坐標系X軸姿態進行控制。

技術領域

本發明涉及一種火星探測環繞器分離安全自主推力系統及方法，用于火星探測器器分離軌控期間的推進系統故障診斷與重構，屬于深空探測故障診斷與重構領域。

背景技術

火星探測環繞器攜帶著著陸器進行火星捕獲制動后進入環火軌道，采用一種火星探測環繞器攜帶著陸器變軌進入撞火軌道后進行器器分離后火星探測環繞器擇機升軌進入環火軌道的方法進行器器分離。器器分離降軌后進入一條撞擊火星的軌道，如果升軌期間火星探測環繞器軌控推力器出現故障而不能及時升軌，探測器會面臨撞擊火星的風險。由于火地距離遠，地面無法及時干預，需要星上自主對推力器進行故障診斷，并建立重構策略，保證探測器的安全性。

目前深空探測器執行軌控過程中星上診斷出推力器故障后則停止軌控，等待地面確認后再根據地面測定軌信息重新制定軌控策略。由于器器分離軌控的特殊性，若軌控出現故障地面無法及時進行測定軌。因此，需要提出一種火星探測環繞器分離安全自主推力系統及方法，為器器分離降軌和升軌的推力器故障診斷與重構提出一種可行的方法，為深空探測變軌提供支撐。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種火星探測環繞器分離安全自主推力系統及方法，適用于火星探測器器分離軌控期間推進自主故障診斷方法，出現故障后進行推力器重組繼續完成軌控。

本發明的技術解決方案是：一種火星探測環繞器分離安全自主推力系統，該系統包括大推力系統、小推力系統、非推力方向小推力系統；其中：

大推力系統包括4臺大推力器，安裝在垂直于火星探測環繞器本體系X軸的平面上，其中，兩臺沿Z軸相對于Y軸對稱安裝，另外兩臺沿Y軸相對于Z軸對稱安裝，四臺大推力器的推力方向均為火星探測環繞器本體系X軸正方向；

小推力系統包括4臺小推力器，與大推力系統布局相同，安裝在垂直于火星探測環繞器本體系X軸的平面上，其中，兩臺沿Z軸相對于Y軸對稱安裝，另外兩臺沿Y軸相對于Z軸對稱安裝，四臺小推力器的推力方向均為火星探測環繞器本體系X軸正方向；

非推力方向小推力系統包括2臺小推力器，兩臺小推力器相對于Y軸方向或者Z軸方向對稱安裝，兩臺小推力器的推力方向位于火星探測環繞器本體系YOZ平面上，與火星探測環繞器推力方向垂直；

小推力器最小推力能夠抵消大推力器工作時的干擾力矩。

默認采用第一噴氣模式進行姿軌聯合控制，所述第一噴氣模式的具體實現為：

大推力系統，根據外部輸入的點火時刻和點火時長，控制4臺大推力器同時采用滿噴氣模式進行工作，實施軌道控制；

推力方向的小推力系統，用于控制火星探測環繞器本體坐標系Y軸和Z軸方向的姿態，根據目標點火姿態和火星探測環繞器實時姿態，采用PID控制或者開關線控制方法，計算得到每個4小推力器的噴氣脈寬，根據噴氣脈寬控制每臺小推力器進行工作，實施姿態控制；

非推力方向的小推力系統，用于控制火星探測環繞器本體坐標系X軸方向的姿態，根據火星探測環繞器的實時姿態與目標姿態的偏差，采用PID控制或者開關線控制方法，計算得到小推力器的噴氣脈寬，根據噴氣脈寬控制每臺小推力器進行工作，實施姿態控制。