[发明专利]用于控制航天器的日光采集阶段的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于控制航天器的领域，更具体地涉及一种用于控制由包括可以绕Y轴移动的至少一个太阳能发电机的航天器所进行的日光采集阶段的方法和装置。

“日光采集阶段”意指下述阶段：在该阶段期间，对航天器进行控制以使所述航天器处于采集定向中，在该采集定向中，Y轴与太阳相对于航天器的方向D_S基本正交。在该采集定向中，太阳能发电机可以朝向太阳，太阳的光线因而垂直入射在所述太阳能发电机上。

背景技术

日光采集阶段例如由诸如卫星这样的航天器()在与所述卫星的运载火箭分离之后来执行的。这样的日光采集阶段在说明书的其余部分中被称为“初始日光采集阶段”。

实际上，在与运载火箭分离之后，卫星是自主的，并且应该通过试图使其太阳能发动机指向太阳而确保其电力自主性，以向所述卫星的平台提供电力并且对所述卫星的电池充电。通常，在卫星被发射之前对电池进行充电，并且，在分离之后且在太阳能发电机展开并指向太阳之前，由所述电池来提供卫星平台的工作所需的电力。

该初始日光采集阶段是困难的，因为在与运载火箭分离时，通常可以以高达3°/s的高转速将卫星发射到LEO轨道(“近地轨道”)中，并且以约1°/s的高转速将卫星发射到GEO轨道(“对地静止轨道”)中。初始日光采集阶段因此包括降低卫星转速的步骤。要在短时间内降低卫星转速，从而不会带来使所述卫星的电池完全放电的风险。

因此，卫星包括为了在与运载火箭分离之后减小卫星的角动量所应用的致动器。

特别已知的是，针对LEO轨道中的卫星而使用利用地球磁场的磁力矩器以形成能够减小卫星角动量的力矩。对于在MEO(“中地球轨道”)或GEO(或GTO—“地球同步转移轨道”)轨道中的卫星而言，其中对于这些卫星地球磁场可以忽略不计，通常使用化学推进器。这种化学推进器的优点在于：它们可以在与运载火箭分离之后立即使用；它们不需要高电力；以及它们可以将大力矩施加至卫星，这使得能够减小角动量并且在非常短的时间内(约几分钟)使卫星处于采集定向。

在卫星的角动量已经被充分减小并且卫星已经处于采集定向之后，太阳能发电机被展开并且指向太阳以对所述卫星的平台供电并且对电池进行充电。

目前设想的是，将来的卫星不再配备有化学推进器，而是仅配备有(等离子体)电推进器。初始日光采集阶段因而会变得有问题，尤其对于在MEO/GEO/GTO轨道中的卫星，这是因为电推进器不能取代化学推进器来在分离之后减小卫星的角动量。

实际上，与运载火箭分离之后的最初几天内无法使用电推进器。此外，推进器需要高电力(约几kW)并且仅能向卫星施加小力矩(约0.2N·m)。因此，借助于电推进器来减小卫星的角动量需要长时间的高电力，这与安装在当前卫星中的容量为约10kW·h的电池不相容。这样的容量使得仅能向电推动器供电约一个小时，这在考虑由当前的电推进器所形成的力矩的情况下不足以充分地减小卫星的角动量。

当前的卫星通常配备有电惯性致动器，例如飞轮(反应轮、陀螺致动器)，其被应用以沿三个轴控制所述卫星的姿态。这样的惯性致动器通常不具有足够的容量来在分离之后独自补偿卫星的角动量，但是可以在其他致动器(磁力矩器、化学推进器等)已经充分地减小所述卫星的所述角动量之后使用这样的惯性致动器。

一个替选方案可以在于调整电惯性致动器的大小使得电惯性致动器能够在分离之后独自补偿卫星的角动量。然而，这会导致所述惯性致动器的质量和体积的显著增加。作为示例，卫星在发射之后的初始角动量可以为约500N·m·s至1000N·m·s，而安装在卫星中的惯性致动器的容量通常约为50N·m·s至100N·m·s。此外，虽然惯性致动器的大小可以被调整成具有1000N·m·s的容量，但是特别不利的分离条件仍可能将大于1000N·m·s的角动量传递至卫星，这超出了惯性致动器的容量。

应当指出，当卫星在生存模式下时也可以执行日光采集阶段。对于在生存模式下的这种日光采集阶段，上文的观测结果仍是有效的。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种日光采集阶段来克服现有技术解决方案的全部或部分限制，特别是上文所阐述的限制，其中不具有化学推进器的航天器也可以实施该日光采集阶段。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于控制由具有D_H轴的非零角动量的航天器所进行的日光采集阶段的方法，所述航天器包括主体、太阳能发电机以及用于驱动所述太阳能发电机绕Y轴旋转的机构。根据本发明，控制方法包括以下步骤：