[其他]控制軌道中的旋轉體姿態的方法

無效

• 申請號: 87104891
• 申請日: 1987-07-16
• 公開（公告）號: CN87104891A
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發明（設計）人: 約翰E·麥金太爾
• 申請（專利權）人: 休斯航空公司
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李勇

本發明涉及軌道中旋轉體自旋軸的穩定，特別是涉及不需借助有源穩定機構來穩定軌道旋轉體的方法。

在以前已知的試圖穩定如衛星之類的旋轉軌道體方位的方法中，通常采用各種有源控制方法。最通用的方法是使用能從中排出某種形式物質的各種推進器來產生姿態控制所需的動量，此動量又與被作用的物體的質量和幾何構件相互作用，進而產生所期望的物體自旋軸的進動，以保持某一穩定的姿態方位。

在以前的技術中所用的另一種穩定方法是使用電能或磁能來產生磁動量，此磁動量又與地球的磁場作用從而產生使軌道體自旋軸進動所需的控制轉矩。

這些以前已知的技術，為了產生和保持所希望的控制轉矩，使復雜性、重量和能量消耗增加了，因此使執行預定任務的軌道體的有用有效載荷減少，并使其效率降低。

雖然在可以實現重量、復雜性和能量消耗的必要折衷的場合，這些以前已知的技術可用于較短壽命期的軌道體及任務，但是對于建立象地球軌道空間站之類的永久軌道體的任務來說，對有效載荷重量和整個系統效率提出了需要新的穩定方法和系統的各種特定要求，這類方法和系統能在減少重量、復雜性和能量消耗的前提下保證更高的操作可靠性和耐用性。

因此，每一種以前已知的方法都有許多缺點，而這些缺點在實施本發明時都能予以克服。特別是，可以在不使用推進器或排出某種物質的情況下達到軌道體所希望的方位，因而不需在軌道體上攜帶姿態控制所需的燃料或推進劑。此外，也可以在不需消耗電能或不產生任何類型磁場的情況下達到軌道體所希望的方位，因而大大降低了軌道體對能量的要求。再者，還可以不需要給出控制系統誤差信號的姿態感受裝置而達到軌道體所希望的方位，因而使成本下降，可靠性提高。最后，本發明方法中所體現的系統方案和結構，可以無源保持自旋體所希望的姿態，并可以使相對于自旋體赤道平面的太陽角的最大偏離保持比較小而有利于提高太陽能電池的效率。

本發明提出了一種能把自旋轉無源穩定在某一預定的固定方位上的方法，這種方法能滿足前述減少重量、復雜性和能量消耗的要求。本發明體現了一種按規定模式選擇飛行器幾何形狀、自旋轉速、方位和軌道的極佳方法。所選軌道不一定為赤道軌道，姿態方位也不必與所選軌道平面垂直。此外，本發明所述的方法可以無源保持自旋體所希望的姿態，還可以保持相對于自旋體赤道平面的太陽角的最大偏離比較小而有利于提高太陽能電池的效率或天線增益。

本發明涉及一種無源穩定自旋軌道體姿態的方法，該軌道體以軌道傾角i軌道速度Ωo以及諸節點軌道線的回歸速度為軌道參數。即使在自旋軌道體的軌道產生進動時也能基本上使自旋軌道體的自旋軸方位角φ₀保持固定不變，并保持相對于自旋軌道體的軌道平面的穩定。自旋軸方位角φ₀是指在指北方向和軌道法線所形成的平面上自旋軸偏離北極方向的角度。

本方法包括選擇用于由自旋體的自旋慣量與自旋體的橫向慣量之比確定的自旋體的幾何形狀參數б和選擇自旋體的自旋轉速Ω。因此，自旋體的自旋方位角φ₀是下列關系式的平衡解：

φo = arctan( (Zo)/(yo) )+i- (π)/2

式中對于沿軌道法向軸坐標為Z及在上升節點處的坐標為X的XYZ軌道坐標系，可列出下列諸關系式：

X₀＝0

y₀＝ (Z₀sini)/(cosi-R_Z)

Z₀為下列四次方程的某一個解：

к²Z⁴₀-2кcosiZ³₀+（1-к²）Z²₀+2KcosiZ₀-cos²i＝0

而K為由下式確定的一個常數：

并使軌道上軌道體的初始自旋方位角為φ₀。確定方位角φ₀的三個量x₀、y₀和z₀為單位矢量的xyz坐標系中沿軌道體各自旋軸的分量。

由下述的詳細介紹并結合附圖可以更好地理解本發明。現對附圖說明如下：

圖1A用以說明諸如衛星之類的軌道體的關系，按本發明的方法可以無源保持軌道體自旋軸的姿態;