[發明專利]一種日心軌道航天器太陽光壓力矩確定方法

有效

• 申請號: 202110505403.1
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113311853B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 楊紹龍;金磊;李迎杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明公開一種日心軌道航天器太陽光壓力矩確定方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：步驟1：建立投影坐標系并獲得航天器在投影坐標系下的分量列陣，其中，取日心軌道坐標系作為投影坐標系；步驟2：對航天器進行遮擋判斷，得到有效照射單元，主要包括：判斷是否受到光照、消除部件之間的相互遮擋、得到實際受到光照的微元；步驟3：確定航天器受到的太陽光壓力矩；步驟4：建立航天器所受太陽光壓力矩的解析表達式，進而快速獲得光壓力矩的大小。本發明提出的光壓力矩計算方法具有普適性，且計算精度較高；使用該表達式計算太陽光壓力矩精度基本不會下降，并且能有效地減小計算時間。

【技術領域】

本發明針對日心軌道航天器，基于太陽光壓力模型，提出一種確定太陽光壓力矩的新方法，本發明屬于航天器總體設計技術領域。

【背景技術】

隨著航天任務需求的不斷提升，對航天器的姿態精度有了更高的要求。對于深空探測任務的高軌道航天器來說，大部分都通過太陽帆板來為星上載荷提供能源，由于太陽帆板的存在，太陽光壓力矩通常不能忽略，將嚴重影響航天器姿態精度的提升，因此有必要精確獲得航天器受到的太陽光壓力矩。

確定太陽光壓力矩的關鍵在于實時判斷航天器的遮擋情況，目前已經有不少的學者對其進行了研究。其中劉墩等人將衛星體和太陽帆板組成的幾何體進行投影變換后，判斷其相互遮擋并采用凸多邊形求交的算法求取太陽光壓有效作用面積，從而計算太陽光壓力矩，但其計算過程相對復雜。郭建等人將空間站視為N個矩形平面的集合，再將每個矩形劃分為正方形微元，通過判斷投影后的微元與各個矩形平面的距離來判斷遮擋，但由于投影后微元形狀不確定，精確度有待考驗。如何既簡單高效又準確的確定航天器所受太陽光壓力矩的大小仍是一大難題。

因此，本發明提出了一套算法較為簡單，通用性高的光照遮擋判斷流程，給出了一種光壓力矩的確定方法。通過本發明提出的方法，可以根據面矢量法消除航天器的光照背面，進而對光照面進行遮擋判斷，得到有效照射單元，最終根據光壓力矩數學模型確定航天器所受光壓力矩，進而得到光壓力矩的解析表達式。

【發明內容】

本發明針對日心軌道航天器，基于太陽光壓力模型，提出一種太陽光壓力矩的確定方法，從而得到航天器所受的太陽光壓力矩。

針對上述問題，本發明技術方案如下：

根據航天器運動特性建立投影坐標系，得到航天器在投影坐標系下的分量列陣，從而根據面矢量法消除航天器的光照背面，進而對光照面進行遮擋判斷，得到有效照射單元，最終根據光壓力矩數學模型確定航天器所受光壓力矩，進而得到光壓力矩的解析表達式。具體操作步驟為：

步驟1：建立投影坐標系并獲得航天器在投影坐標系下的分量列陣。具體包含如下步驟：

步驟1.1：定義坐標系

a.日心慣性坐標系f_e(o_ex_ey_ez_e)

日心慣性坐標系的原點o_e固連在太陽中心處，o_ex_e軸在航天器軌道平面內并且指向某個恒星，o_ez_e軸垂直于軌道平面，o_ey_e在軌道平面內，并且和o_ex_e軸、o_ez_e軸構成直角坐標系。

b.日心軌道坐標系f_o(o_ox_oy_oz_o)