[发明专利]基于发动机前后配置的姿轨控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机配置方法，以及基于该配置的航天器姿轨控制方法。

背景技术

在载人航天工程中，货运飞船的任务是向空间站运送实验和维修用品，补 给生活和消耗物资，并带走空间站上的生活和工作废弃物。每次货运飞船发射 前，由于任务需求不同，运送的补给品的配置比例不同，且从空间站带走的废 弃物多少也不确定，从而导致货运飞船质心位置变化较大。对于一个标准化设 计的航天器，其姿轨控发动机配置及安装必须要满足上述质心位置变化较大的 任务要求，这就对发动机配置及安装提出了更高的要求。目前现有的航天器发 动机配置方案中，质心位于平移发动机的一侧，平移发动机和姿态控制发动机 分别完成位置和姿态控制，这样带来的问题是：如果平移发动机不过质心，则 进行平移控制时，必然会带来姿态干扰；姿态控制不能形成力偶控制，则进行 姿态控制时，必然会带来位置干扰。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种通过改变发 动机的配置及开机系数来避免位置和姿态之间控制干扰的姿轨控制方法。

本发明的技术解决方案是：基于发动机前后配置的姿轨控制方法，步骤如 下：

(1)在航天器的前端和后端分别配置平移发动机，其中M个平移发动机 分别布置在航天器前端4个象限线上，推力指向外，推力大小分别为f₁～f_M，另 外N个平移发动机分别布置在航天器后端4个象限线上，推力指向外，推力大 小分别为f_M+1～f_M+N；

(2)建立航天器本体系oxyz，其原点o为航天器的质心，x轴为航天器纵 轴，指向航天器头部，y轴沿航天器的横向，垂直于纵轴，与航天器横向的一 个主惯量轴一致，z轴与x、y轴构成右手系；

(3)对平移发动机进行组合，分别在y轴的正负方向和z轴的正负方向对 航天器进行位置控制和姿态控制，组合结果如下：

位置控制时：+y轴k₁₁*F₁+k₅₁*F₅

-y轴k₂₁*F₂+k₆₁*F₆

+z轴k₃₁*F₃+k₇₁*F₇

-z轴k₄₁*F₄+k₈₁*F₈

姿态控制时：+y轴k₄₂*F₄+k₇₂*F₇

-y轴k₃₂*F₃+k₈₂*F₈

+z轴k₁₂*F₁+k₆₂*F₆

-z轴k₂₂*F₂+k₅₂*F₅

其中，F₁～F₄分别为航天器前端+y轴、-y轴、+z轴、-z轴四个方向平移发 动机f₁～f_M的总推力，F₅～F₈分别为航天器后端+y轴、-y轴、+z轴、-z轴四个 方向平移发动机f_M+1～f_M+N的总推力，k₁₁、k₂₁、k₃₁、k₄₁、k₅₁、k₆₁、k₇₁、k₈₁、 k₁₂、k₂₂、k₃₂、k₄₂、k₅₂、k₆₂、k₇₂、k₈₂为平移发动机的开机系数，代表平移发 动机的实际推力输出控制量；

(4)获取航天器的质心位置；