衛(wèi)星推力器布局方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種衛(wèi)星推力器布局方法，用于三軸穩(wěn)定的衛(wèi)星推力器布局，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的節(jié)省。該方法包括：根據(jù)衛(wèi)星的質(zhì)量特性和結(jié)構(gòu)構(gòu)型參數(shù)以及衛(wèi)星推力器的布局構(gòu)型參數(shù)，確定衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)；根據(jù)衛(wèi)星推力器的羽流影響分析結(jié)果和敏感器視場(chǎng)分析結(jié)果，對(duì)衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而獲得優(yōu)化的推力器布局參數(shù)。因此，本發(fā)明可有效利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道變軌期間姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力，以及在軌運(yùn)行期間南北位置保持和動(dòng)量輪卸載產(chǎn)生的姿態(tài)控制推力，進(jìn)行輔助的軌道控制，以減小推進(jìn)劑消耗量，增加衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命，同時(shí)使得姿態(tài)和軌道控制功能備份多，適應(yīng)衛(wèi)星質(zhì)心變化范圍大，利于衛(wèi)星天線布局設(shè)計(jì)，且可根據(jù)客戶要求進(jìn)行推力器減配。
【專利說(shuō)明】
衛(wèi)星推力器布局方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于航天器總體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及衛(wèi)星推力器布局，特別是地球同步軌道三 軸穩(wěn)定衛(wèi)星的推力器布局，具體涉及一種衛(wèi)星推力器布局方法，用于三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的推力 器布局，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的節(jié)省。
【背景技術(shù)】
[0002] 地球同步軌道三軸穩(wěn)定衛(wèi)星發(fā)射入軌后，一般需經(jīng)過(guò)星箭分離、轉(zhuǎn)移軌道變軌、定 點(diǎn)捕獲后，才能進(jìn)入預(yù)定軌位。在軌運(yùn)行期間需完成位置保持、三軸姿態(tài)控制，以及可能的 軌位調(diào)整等任務(wù)，壽命末期還需要完成衛(wèi)星離軌任務(wù)。整個(gè)壽命期間需要推力器工作，以提 供控制力矩和推力，完成衛(wèi)星姿態(tài)和軌道控制任務(wù)。衛(wèi)星推力器布局直接決定了衛(wèi)星姿態(tài) 控制力矩、軌道控制推力和功能備份的性能，其布局設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響衛(wèi)星姿態(tài)控制精 度和在軌壽命。因此，衛(wèi)星推力器布局設(shè)計(jì)是衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中重要和關(guān)鍵的一項(xiàng)工作。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外地球同步軌道三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的推力器布局，因衛(wèi)星構(gòu)型、推力器產(chǎn)品 性能和配置情況，有多種方案。
[0004] 因此，急需一種三軸穩(wěn)定衛(wèi)星推力器布局方案，結(jié)合國(guó)內(nèi)東四增強(qiáng)型平臺(tái)研制，可 有效節(jié)省衛(wèi)星推進(jìn)劑消耗量的，還可有效利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道變軌期間姿態(tài)控制產(chǎn)生的推 力、以及在軌運(yùn)行期間南北位置保持和動(dòng)量輪卸載產(chǎn)生的姿態(tài)控制推力，進(jìn)行輔助的軌道 控制，以減小推進(jìn)劑消耗量，增加衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命，同時(shí)還要具備姿態(tài)和軌道控制功能備 份多、適應(yīng)衛(wèi)星質(zhì)心變化范圍大、利于衛(wèi)星天線布局設(shè)計(jì)、且可根據(jù)客戶要求進(jìn)行減配的優(yōu) 點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適用于地球同步軌道三軸穩(wěn) 定衛(wèi)星的推力器布局方案，能夠提高推力器安裝角效率，并充分利用衛(wèi)星變軌、南北位置保 持，以及動(dòng)量輪卸載過(guò)程中姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力，用于軌道控制，從而節(jié)省了推進(jìn)劑，延長(zhǎng) 了衛(wèi)星在軌壽命，能滿足地球同步軌道三軸穩(wěn)定衛(wèi)星在軌姿態(tài)和軌道控制任務(wù)。
[0006] 本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星推力器布局方法，用于三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的推力器布局，實(shí)現(xiàn) 推進(jìn)劑的節(jié)省。該方法包括以下步驟：步驟一，根據(jù)衛(wèi)星的質(zhì)量特性和結(jié)構(gòu)構(gòu)型參數(shù)以及衛(wèi) 星推力器的布局構(gòu)型參數(shù)，確定衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)；以及步驟二，根據(jù)衛(wèi)星推力器 的羽流影響分析結(jié)果和敏感器視場(chǎng)分析結(jié)果，對(duì)衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從 而獲得優(yōu)化的推力器布局參數(shù)。
[0007] 在步驟一中執(zhí)行：根據(jù)衛(wèi)星的質(zhì)量特性，獲得衛(wèi)星平均質(zhì)心矢量；以及根據(jù)衛(wèi)星 推力器的安裝點(diǎn)坐標(biāo)和矢量方向，確定衛(wèi)星推力器的安裝參數(shù)。
[0008] 具體地，衛(wèi)星平均質(zhì)心矢量為衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)指向衛(wèi)星的平均之心的矢 量，衛(wèi)星推力器的安裝點(diǎn)坐標(biāo)為衛(wèi)星推力器的噴口端面中心位置在衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系下得 坐標(biāo)，以及衛(wèi)星推力器的矢量方向?yàn)樾l(wèi)星推力器的噴管軸向在衛(wèi)星推力器的安裝坐標(biāo)系下 與坐標(biāo)軸之間的夾角。
[0009] 優(yōu)選地，衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系與衛(wèi)星推力器的安裝坐標(biāo)系為平移關(guān)系并且均符合右 手法則。
[0010] 額外地，在步驟一中還執(zhí)行：基于衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系，配置多個(gè)衛(wèi)星推力器以及發(fā) 動(dòng)機(jī)，從而獲得衛(wèi)星推力器的布局構(gòu)型參數(shù)，其中，多個(gè)衛(wèi)星推力器分別用于衛(wèi)星的東西位 保控制、南北位?？刂啤⑷S姿態(tài)控制、以及推進(jìn)劑沉底。
[0011] 在步驟一中，衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)的確定包括：在多個(gè)衛(wèi)星推力器中，將其 中的4個(gè)衛(wèi)星推力器安裝于衛(wèi)星背地面的4個(gè)頂角位置，以使這4個(gè)用于衛(wèi)星推進(jìn)劑沉底 和轉(zhuǎn)移軌道變軌期間姿態(tài)控制的推力器產(chǎn)生的推力與衛(wèi)星的轉(zhuǎn)移軌道變軌期間發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn) 生的推力方向一致；在多個(gè)衛(wèi)星推力器中，將用于衛(wèi)星的南北位?？刂频?個(gè)衛(wèi)星推力器 安裝在衛(wèi)星的南北面4角附近，以使這8個(gè)衛(wèi)星推力器在衛(wèi)星南北位?？刂破陂g的姿態(tài)控 制和動(dòng)量輪卸載時(shí)產(chǎn)生的推力與衛(wèi)星南北位?？刂飘a(chǎn)生的推力方向一致；以及在多個(gè)衛(wèi)星 推力器中，將用于衛(wèi)星的東西位?？刂频?個(gè)衛(wèi)星推力器安裝在衛(wèi)星的東西面4角附近，以 使這8個(gè)衛(wèi)星推力器產(chǎn)生的推力的合力在預(yù)定方向上產(chǎn)生盡可能大的力而在其它方向上 的力盡可能小，并且多個(gè)衛(wèi)星推力器組合工作時(shí)產(chǎn)生的力矩也盡可能小。
[0012] 在本發(fā)明中，衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)的選取基于對(duì)稱原則，以及確保在產(chǎn)生 控制力和力矩的同時(shí)還盡可能地減小干擾力和力矩，從而符合衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道控制精 度。
[0013] 在步驟二中執(zhí)行：在衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)衛(wèi)星的羽流影響、敏 感器視場(chǎng)、和姿態(tài)軌道控制性能進(jìn)行分析；以及基于分析結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整初步布局參數(shù)，從 而獲得優(yōu)化的推力器布局參數(shù)。
[0014] 因此，采用本發(fā)明的布局方案，可有效利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道變軌期間姿態(tài)控制產(chǎn)生 的推力，以及在軌運(yùn)行期間南北位置保持和動(dòng)量輪卸載產(chǎn)生的姿態(tài)控制推力，進(jìn)行輔助的 軌道控制，以減小推進(jìn)劑消耗量，增加衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命，同時(shí)使得姿態(tài)和軌道控制功能備 份多，適應(yīng)衛(wèi)星質(zhì)心變化范圍大，利于衛(wèi)星天線布局設(shè)計(jì)，且可根據(jù)客戶要求進(jìn)行減配。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下推力器安裝參數(shù)的示意圖；
[0016] 圖2為推力器布局構(gòu)型的示意圖；以及
[0017] 圖3為本發(fā)明的地球同步軌道三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的推力器布局方案的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 應(yīng)了解，衛(wèi)星推力器布局綜合考慮了衛(wèi)星發(fā)射入軌后各階段軌道和姿態(tài)控制功能 需求，針對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道姿態(tài)控制，以及在軌運(yùn)行期間南北位置保持和動(dòng)量輪卸載控制，進(jìn) 行了推力器布局設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了有效利用姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力進(jìn)行輔助的軌道控制，減 少了推進(jìn)劑消耗量，增加衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命。
[0019] 本發(fā)明的衛(wèi)星推力器布局方案的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0020] 1)根據(jù)衛(wèi)星質(zhì)量特性、結(jié)構(gòu)構(gòu)型和推力器布局構(gòu)型，確定衛(wèi)星推力器初步布局參 數(shù)；以及
[0021] 2)根據(jù)衛(wèi)星推力器羽流影響分析和敏感器視場(chǎng)分析結(jié)果，優(yōu)化調(diào)整推力器布局參 數(shù)。
[0022] 下面結(jié)合附圖1-3及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023] 圖1給出了衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下推力器安裝參數(shù)的示意圖。如圖1所示，0J(sJ scZsc 坐標(biāo)系為衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系，OiXJiZi坐標(biāo)系為推力器安裝坐標(biāo)系，與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為平移 關(guān)系，平移向量為民。〇。為衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間平均質(zhì)心位置，由衛(wèi)星質(zhì)量特性分析得到，平 均質(zhì)心矢量R。為機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)〇J :旨向衛(wèi)星平均質(zhì)心0。的矢量。推力器安裝參數(shù)由推力 器安裝點(diǎn)坐標(biāo)0,和推力器矢量方向T i確定。其中，推力器安裝點(diǎn)坐標(biāo)0 i為衛(wèi)星推力器i的 噴口端面中心位置在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；推力器矢量方向?yàn)橥屏ζ鲊姽茌S向（工 程上可近似于推力反方向）在安裝坐標(biāo)系下與三個(gè)坐標(biāo)軸的夾角a、0、Y。
[0024] 首先，衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系的定義如下：
[0025] 坐標(biāo)系原點(diǎn)0S。-位于衛(wèi)星下端框與運(yùn)載火箭機(jī)械分離面內(nèi)，與衛(wèi)星接口上銷釘所 組成的理論圓的圓心重合；
[0026] 0seXs。軸-與衛(wèi)星東板理論法線方向一致，正方向與東板外法線方向一致；
[0027] 0seYs。軸-與衛(wèi)星南板理論法線方向一致，正方向與南板外法線方向一致；
[0028] 0SCZS。軸-垂直于衛(wèi)星與運(yùn)載火箭的連接分離面，其正方向從原點(diǎn)指向?qū)Φ匕?；?及
[0029] (^義上人坐標(biāo)系符合右手法則。
[0030] 接下來(lái)，推力器安裝坐標(biāo)系的定義如下：
[0031] 坐標(biāo)系原點(diǎn)a-位于衛(wèi)星推力器i的噴口端面中心，與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為平移關(guān) 系，平移向量為Ri;
[0032] 0A軸-與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系0 JCj由一致，方向相同；
[0033] 0A軸-與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系0 wYj由一致，方向相同；
[0034] 0A軸-與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系0 scZj由一致，方向相同；以及
[0035] 同樣，OiXJA坐標(biāo)系符合右手法則。
[0036] 圖2為推力器布局構(gòu)型的示意圖。如圖2所示，坐標(biāo)系(^^^^。為衛(wèi)星機(jī)械坐 標(biāo)系，衛(wèi)星共配置20臺(tái)推力器和1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在衛(wèi)星背地面中心（_Z sJf 向）。如圖2所示，還給出了推力器2A~11A和2B~11B的安裝位置和方向。衛(wèi)星東、西、 南、北四個(gè)面四角位置分別安裝1臺(tái)推力器，用于衛(wèi)星東西位?？刂?、南北位?？刂坪托l(wèi)星 三軸姿態(tài)控制，背地面四角分別安裝1臺(tái)推力器用于衛(wèi)星推進(jìn)劑沉底，以及〇 sJs。軸和0SCYSC 軸姿態(tài)控制。
[0037] 應(yīng)了解，衛(wèi)星推力器安裝位置需綜合考慮衛(wèi)星結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)和衛(wèi)星在軌質(zhì)心變化 情況。一般先按照衛(wèi)星平均質(zhì)心位置在XscOscYsc平面內(nèi)投影，確定出衛(wèi)星背地面四角的 12臺(tái)推力器位置，再根據(jù)質(zhì)心高度確定出+Z方向上東、西、南、北4個(gè)面的8臺(tái)推力器安裝 位置。根據(jù)各推力器的安裝位置確定了如下的表1和表2中的推力器組合工作情況。推力 器工作時(shí)產(chǎn)生的對(duì)衛(wèi)星本體的推力為匕，推力矢量方向與推力器軸向矢量1\方向相反，產(chǎn) 生的力矩為（民-R。）Xh。表1給出了衛(wèi)星各位保模式和沉底推力器選擇，以及表2給出了 各姿控模式推力器選擇。
[0038] 表 1
[0042] 應(yīng)了解，為提高推力器組合工作效率，推力器布局設(shè)計(jì)參數(shù)選取時(shí)需遵循以下原 則。
[0043] 1)為充分利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道變軌期間姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力，衛(wèi)星背地面4臺(tái)推力 器安裝于4個(gè)頂角位置，推力器矢量方向指向-Z s。方向。衛(wèi)星變軌規(guī)程中，變軌發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 的推力方向指向+ZS。方向，因質(zhì)心不在推力矢量上產(chǎn)生的干擾力矩主要在X s。、Ys。軸上，衛(wèi) 星控制系統(tǒng)利用背地面4臺(tái)推力器（10A、11A、10B、11B)工作抵消干擾力矩影響，以穩(wěn)定衛(wèi) 星姿態(tài)，此時(shí)用于姿態(tài)控制的4臺(tái)推力器，產(chǎn)生的推力方向與變軌發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力方向 一致，利于衛(wèi)星變軌任務(wù)，同時(shí)4臺(tái)推力器還用于衛(wèi)星推進(jìn)劑沉底，并能作為變軌發(fā)動(dòng)機(jī)備 份。該布局不僅節(jié)省了衛(wèi)星推進(jìn)劑消耗量，且提高了衛(wèi)星完成變軌任務(wù)的可靠性。
[0044] 2)為充分利用衛(wèi)星在軌南北位置保持和動(dòng)量輪卸載期間的姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力， 用于衛(wèi)星南北位置保持控制的8臺(tái)推力器布局設(shè)計(jì)過(guò)程中，需綜合考慮南北位保過(guò)程中的 姿態(tài)控制力矩和動(dòng)量輪卸載力矩因素。
[0045] 衛(wèi)星南北位置保持推力器布局安裝在衛(wèi)星南北面4角附近，一般情況下衛(wèi)星向南 位置保持采用6A+7A+8A+9A共同工作，向北位置保持采用6B+7B+8B+9B共同工作。衛(wèi)星南 北位置保持過(guò)程中，產(chǎn)生的干擾力矩主要在X s。、Zs。軸，因衛(wèi)星本體柔性特征，實(shí)際控制過(guò)程 中在Ysc軸上也會(huì)產(chǎn)生一定的干擾力矩。
[0046] 衛(wèi)星南北位置保持推力器布局參數(shù)選取時(shí)，要求F6A+F7A+F SA+F9# F6B+F7B+FSB+F9^ 合力在Y s。方向產(chǎn)生盡可能大的力，在其它方向上盡可能小，同時(shí)要求推力器組合工作時(shí)產(chǎn) 生的力矩：（Ri-R。）X (F6A+F7A+FSA+F9A)和（R「R。）X (F6A+F7A+FSA+F9A)都盡可能小。
[0047] 針對(duì)南北位置保持控制過(guò)程中產(chǎn)生的Xs。和Z s。軸干擾力矩，可通過(guò)南北面的推力 器組合工作抵消，例如推力器6A+8A工作可抵消_XS。方向上的力矩，其產(chǎn)生的姿態(tài)控制推力 與位保推力方向一致，提高了南北位保綜合效率。
[0048] 針對(duì)南北位置保持控制過(guò)程中產(chǎn)生的￥；3。軸干擾力矩，通過(guò)優(yōu)化南北面對(duì)角推力 器安裝參數(shù)，使同面的對(duì)角推力器配置工作時(shí)產(chǎn)生一個(gè)合適的？,。軸控制力矩，方向相反。 即（R「R。）X (F6A+F7A) = -(RrR。）X (FSA+F9A) = (R「R。）X (F6B+F7B) = -(RrR。）X (FSB+F9B)，該 控制力矩大小由衛(wèi)星本體柔性特性決定，該控制力矩可用于抵消衛(wèi)星南北位置保持控制過(guò) 程中產(chǎn)生的Y s。軸干擾力矩，且姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力器方向與位保方向一致。
[0049] 因此，南北位保過(guò)程中，三軸姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力均與位保推力方向一致，有效利 用南北位保過(guò)程中的姿態(tài)控制推力。該布局還可利用南北面對(duì)角推力器在衛(wèi)星軌道的升、 降交點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)量輪Y s。軸力矩卸載的同時(shí)進(jìn)行南北位置保持，以充分利用動(dòng)量卸載過(guò)程中 的姿態(tài)控制推力，以有效節(jié)省衛(wèi)星在軌推進(jìn)劑使用。
[0050] 3)衛(wèi)星東西位置保持的推力器布局在東西面的四角位置附近，其布局設(shè)計(jì)參數(shù)選 取時(shí)，要求？ 2#3^48+心，心+心^4#5派合力在乂 ；3。方向產(chǎn)生盡可能大的力，在其它方向上 盡可能小，同時(shí)要求推力器組合工作時(shí)產(chǎn)生的力矩：（民-R。）X (F2A+F3A)、（民-R。）X (F4B+F5B)、 (R「R。）X (F2B+F3B)和（R「R。）X (F4A+F5A)都盡可能小。
[0051] 4)為減小推力器組合工作過(guò)程中產(chǎn)生干擾力和干擾力矩，推力器布局參數(shù)選取過(guò) 程遵循對(duì)稱原則，即保證推力器組合工作過(guò)程中，產(chǎn)生控制力和力矩的同時(shí)，盡可能減小干 擾力和力矩，以滿足衛(wèi)星姿態(tài)和軌道控制精度要求。
[0052] 基于以上原則可得到衛(wèi)星推力器初步布局參數(shù)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展衛(wèi)星羽流影響分 析和姿態(tài)軌道控制性能分析，并根據(jù)分析結(jié)果適當(dāng)調(diào)整初步布局參數(shù)，最終得到優(yōu)化的推 力器布局結(jié)果。
[0053] 以某地球同步軌道通信衛(wèi)星為例，衛(wèi)星本體為2360mmX2100mmX4200mm的長(zhǎng)方 體，考慮衛(wèi)星結(jié)構(gòu)構(gòu)型、推力器布局構(gòu)型、衛(wèi)星在軌平均質(zhì)心坐標(biāo)為（0,0,1975)，以及衛(wèi)星 太陽(yáng)翼、天線結(jié)構(gòu)構(gòu)型和推力器羽流影響，最終得出的推力器布局參數(shù)如下表3所示，衛(wèi)星 各位保模式和沉底推力器選擇及力與力矩如下表4所示，各姿控模式推力器選擇及力與力 矩如下表5所示。


[0062] 因此，該布局方案南北位置保持推力器安裝角效率為0. 966,東西位置保持推力器 安裝角度效率為〇. 958,均高于現(xiàn)役地球同步軌道公用衛(wèi)星平臺(tái)推力器效率，且可以有效利 用衛(wèi)星變軌期間和在軌運(yùn)行期間南北位置保持和動(dòng)量輪卸載過(guò)程中姿態(tài)控制推力器，可有 效減少衛(wèi)星在軌推進(jìn)劑消耗量約30kg，增加衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命約半年。
[0063] 可見(jiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案綜合考慮了衛(wèi)星發(fā)射入軌后各階段軌道和姿態(tài)控制功能 需求，重點(diǎn)針對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道姿態(tài)控制，以及在軌運(yùn)行期間南北位置保持和動(dòng)量輪卸載控 制，進(jìn)行了推力器布局設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了有效利用姿態(tài)控制產(chǎn)生的推力進(jìn)行輔助的軌 道控制，減少了推進(jìn)劑消耗量，增加衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命。例如，國(guó)內(nèi)東四平臺(tái)衛(wèi)星，5. 5噸起 飛重量，采用CZ-3B運(yùn)載發(fā)射，采用本專利推力器布局，轉(zhuǎn)移軌道可減少約15kg，同步軌道 15年壽命可減少推進(jìn)劑約15kg，一共可節(jié)省推進(jìn)劑約30kg，可延長(zhǎng)衛(wèi)星在軌壽命約半年。
[0064] 本發(fā)明中未說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種衛(wèi)星推力器布局方法，用于三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的推力器布局，以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的節(jié)省， 其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，根據(jù)衛(wèi)星的質(zhì)量特性和結(jié)構(gòu)構(gòu)型參數(shù)以及所述衛(wèi)星推力器的布局構(gòu)型參數(shù)， 確定所述衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)；以及 步驟二，根據(jù)所述衛(wèi)星推力器的羽流影響分析結(jié)果和敏感器視場(chǎng)分析結(jié)果，對(duì)所述衛(wèi) 星推力器的初步布局參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而獲得優(yōu)化的推力器布局參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于，在所述步驟一中執(zhí)行： 根據(jù)所述衛(wèi)星的質(zhì)量特性，獲得衛(wèi)星平均質(zhì)心矢量；以及 根據(jù)所述衛(wèi)星推力器的安裝點(diǎn)坐標(biāo)和矢量方向，確定所述衛(wèi)星推力器的安裝參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于， 所述衛(wèi)星平均質(zhì)心矢量為所述衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)指向所述衛(wèi)星的平均之心的矢 量， 所述衛(wèi)星推力器的安裝點(diǎn)坐標(biāo)為所述衛(wèi)星推力器的噴口端面中心位置在所述衛(wèi)星的 機(jī)械坐標(biāo)系下得坐標(biāo)，以及 所述衛(wèi)星推力器的矢量方向?yàn)樗鲂l(wèi)星推力器的噴管軸向在所述衛(wèi)星推力器的安裝 坐標(biāo)系下與坐標(biāo)軸之間的夾角。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于， 所述衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系與所述衛(wèi)星推力器的安裝坐標(biāo)系為平移關(guān)系并且均符合右手 法則。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于，在所述步驟一中還執(zhí)行： 基于所述衛(wèi)星的機(jī)械坐標(biāo)系，配置所述多個(gè)衛(wèi)星推力器以及發(fā)動(dòng)機(jī)，從而獲得所述衛(wèi) 星推力器的布局構(gòu)型參數(shù)， 其中，所述多個(gè)衛(wèi)星推力器分別用于所述衛(wèi)星的東西位?？刂?、南北位?？刂?、三軸姿 態(tài)控制、以及推進(jìn)劑沉底。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于，在所述步驟一中，所述衛(wèi) 星推力器的初步布局參數(shù)的確定包括： 在所述多個(gè)衛(wèi)星推力器中，將其中的4個(gè)衛(wèi)星推力器安裝于衛(wèi)星背地面的4個(gè)頂角位 置，以使這4個(gè)用于所述衛(wèi)星推進(jìn)劑沉底和轉(zhuǎn)移軌道變軌期間姿態(tài)控制的推力器產(chǎn)生的推 力與所述衛(wèi)星的轉(zhuǎn)移軌道變軌期間發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力方向一致； 在所述多個(gè)衛(wèi)星推力器中，將用于所述衛(wèi)星的南北位?？刂频?個(gè)衛(wèi)星推力器安裝在 所述衛(wèi)星的南北面4角附近，以使這8個(gè)衛(wèi)星推力器在所述衛(wèi)星的南北位保控制期間的姿 態(tài)控制和動(dòng)量輪卸載時(shí)產(chǎn)生的推力與所述衛(wèi)星的南北位?？刂飘a(chǎn)生的推力方向一致；以及 在所述多個(gè)衛(wèi)星推力器中，將用于所述衛(wèi)星的東西位?？刂频?個(gè)衛(wèi)星推力器安裝在 所述衛(wèi)星的東西面4角附近，以使這8個(gè)衛(wèi)星推力器產(chǎn)生的推力的合力在預(yù)定方向上產(chǎn)生 盡可能大的力而在其它方向上的力盡可能小，并且所述多個(gè)衛(wèi)星推力器組合工作時(shí)產(chǎn)生的 力矩也盡可能小。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于，所述衛(wèi)星推力器的初步 布局參數(shù)的選取基于對(duì)稱原則，以及確保在產(chǎn)生控制力和力矩的同時(shí)還盡可能地減小干擾 力和力矩，從而符合所述衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道控制精度。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星推力器布局方法，其特征在于，在所述步驟二中執(zhí)行： 在所述衛(wèi)星推力器的初步布局參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)所述衛(wèi)星的羽流影響、敏感器視場(chǎng)、和 姿態(tài)軌道控制性能進(jìn)行分析；以及 基于分析結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整所述初步布局參數(shù)，從而獲得優(yōu)化的推力器布局參數(shù)。
【文檔編號(hào)】B64G1/40GK105883008SQ201410775324
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日
【發(fā)明人】凌貿(mào)易, 石明, 王浩攀, 魏強(qiáng), 孫寶祥
【申請(qǐng)人】中國(guó)空間技術(shù)研究院