[發明專利]一種電推軌道轉移的點火姿態建立與動態跟蹤方法

有效

• 申請號: 202111177538.6
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113830332B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉瀟翔;石恒;何剛;魏春嶺;郝燕艷;賈蒙楊;李建平;王碩
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

本發明涉及一種電推軌道轉移的點火姿態建立與動態跟蹤方法，步驟包括：(1)確立電推軌道轉移兩個階段的軌控坐標系；(2)基于任意參考坐標系建立電推點火目標姿態；(3)電推軌道轉移期間的姿態對日跟蹤。本發明在電推軌道轉移不同階段的軌控坐標系基礎上，通過繞軌控推力方向所在軸的姿態偏置，有效保持點火過程姿態跟蹤對日平面，滿足姿態跟蹤太陽方向的能源需求，創新性地解決了電推點火期間多目標的姿態控制問題。

技術領域

本發明涉及一種電推軌道轉移的點火姿態建立與動態跟蹤方法，屬于航天器姿態軌道控制領域。

背景技術

采用化學推進與電推進聯合變軌，即星箭分離后先采用化學遠地點發動機實現多次變軌，將衛星送入一定高度、一定傾角的交接軌道后，利用電推進實現后續轉移軌道期間的軌道提升和軌道圓化。電推進軌道提升模式，用于轉移軌道使用電推進提升半長軸、減小偏心率和降低軌道傾角。

按照電推軌道轉移策略，主要分為提升軌道半長軸階段和軌道圓化階段，提高軌道半長軸階段推力沿速度方向(或垂直徑向)與軌道角動量構成的平面內，與軌道平面有一定夾角用于調整軌道傾角；軌道圓化階段推力方向垂直半長軸，同樣與軌道平面有一定夾角用于調整軌道傾角。因此，電推變軌目標姿態復雜。

由于電推力器推力小，每圈次電推變軌耗時長，弧段可見性復雜，要求星上自主處理流程完備、可靠。同時，電推進用于軌道轉移時需工作于高功率大推力模式下，對整星能源要求較高，需滿足姿態和帆板聯合調整、自動對日以保障能源。將能源角定義為太陽翼法向與太陽方向的夾角，電推軌道轉移期間對能源角有明確的精度要求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種電推軌道轉移的點火姿態建立與動態跟蹤方法，使得點火姿態融合了提高半長軸或減小偏心率的變軌需求、壓低軌道傾角的點火方向調整、動態跟蹤太陽方向能源需求的多目標要求，能夠準確建立電推點火目標姿態，并實現長時有效的姿態對日動態跟蹤。

本發明解決技術的方案是：

一種電推軌道轉移的點火姿態建立與動態跟蹤方法，步驟包括：

(1)確立電推軌道轉移兩個階段的軌控坐標系

電推軌道轉移分為兩個階段，將每個階段的參考姿態設定為該階段的軌控坐標系，設電推力器安裝于衛星本體系-Z面，推力方向沿衛星本體系Z軸；

(2)基于任意參考坐標系建立電推點火目標姿態

在任意參考坐標系基準下，通過解算歐拉角θ_br，ψ_br，將其設置為三軸姿態控制的目標姿態角，則可基于任意參考坐標系將衛星控制到電推點火的目標姿態；

(3)電推軌道轉移期間的姿態對日跟蹤

經步驟(2)由任意參考坐標系建立電推點火目標姿態后，轉為以步驟(1)獲得的軌控坐標系為參考坐標系，進行電推軌道轉移期間的姿態控制；同時，電推軌道轉移期間為滿足能源要求，需通過繞點火方向所在軸旋轉和繞太陽翼旋轉實現太陽翼法向對日；

通過姿態對日跟蹤和太陽帆板對日轉角控制，將太陽帆板法向與太陽方向的夾角，即能源角，控制到精度要求范圍內，滿足太陽帆板法向自主對日以保障能源。

進一步的，步驟(1)中，實施電推軌道轉移，即轉移軌道使用電推進提升半長軸、減小偏心率和降低軌道傾角。

進一步的，步驟(1)中，第一階段的軌道轉移目標是提高半長軸，同時壓傾角，該階段軌控推力在軌道坐標系的XoOoYo平面內，與+Xo保持一定夾角，其絕對值不變為Ψ1，Ψ1范圍在0°-90°，但在每間隔半個軌道周期時，幅角準確數值根據軌控策略而定，對應幅角在90°和270°時改變正負。