[发明专利]一种在轨卫星推力器温度异常实时诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及在轨卫星推进系统，具体涉及一种在轨卫星推力器温度异常实时诊断方法。

背景技术

目前我国中高轨道在轨卫星推进系统均采用双组元统一推进系统，10N推力器是推进分系统中提供推力的唯一执行部件，其工作正常与否直接决定了卫星轨道控制的成败。现今主要通过两种手段开展10N推力器的状态监测：(1)通过卫星姿态角变化进行监测；(2)通过控制结束后轨道测量结果进行评估。上述两种手段存在以下不足：

(1)一般地，卫星成对推力器的推力存在差异，正常情况下采用成对推力器点火也会引起姿态波动，并且在推力器点火过程中如果卫星动量装置参与姿态控制，则推力器喷气产生的干扰力矩会逐渐被动量装置吸收，推力器异常工况无法完全反映到姿态波动上，因此采用姿态角变化监测方法无法发现引起姿态波动与正常情况姿态波动差异不明显的推力器异常工况。

(2)采用控制结束后轨道测量结果评估虽然能够发现10N推力器所有异常，但缺乏实时性。例如某通信卫星某次轨控10N推力器发生故障，在轨道控制过程中，对卫星姿态角进行监测，未发现异常，但控制结束后通过轨道测量发现轨道未达到预期目标，进一步分析确定是因为10N推力器异常，后续虽然通过补充控制使卫星轨道达到预期目标，但是延长了卫星的轨控时间，影响了卫星点波束天线等有效载荷的正常使用。因此，需要寻找一种方法解决10N推力器异常发现不及时的难题。

10N推力器温度是唯一可以实时全面表征推力器工作正常与否的重要参数。无论是贮箱问题，还是10N推力器自身问题，甚至是电磁阀管路问题，其直接表现均为推力不稳定或推力减小，最终均能通过10N推力器温度表征。此外，10N推力器温度变化趋势也是反映推进剂是否排空或变为单组元的直接判据，是监测管理寿命末期卫星的重要依据。但现今仍依靠人工对10N推力器温度趋势进行判断分析，这种方式存在以下问题：首先，面对十二五末期上百颗在轨卫星的局面，依靠人工不可能完成实时判断分析；其次，这种方式得到的结论严重依赖在轨监测人员的经验，不利于早期发现10N推力器的故障或性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种在轨卫星推力器温度异常实时报警方法，能够在任意时刻，对各种工况下的推力器温度进行预测，并根据卫星实际情况外扩一定范围后得到动态的报警门限，实现对轨控过程中推力器的工作状态的实时监测，进行推力器温度异常实时诊断和预警研究。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在轨卫星推力器温度异常实时诊断方法，具体包括如下步骤：

步骤一、构建推力器温度的物理模型：

T(t+Δt)＝T(t)+ΔT_太阳(t,t+Δt)+ΔT_推进剂+ΔT_加热器-μη(T(t))⁴Δt(1)

其中，t表示当前监测时间，T(t)表示t时刻推力器的温度，T(t+Δt)表示下一个时刻推力器温度的实时预测值，Δt为监测推力器温度的时间步长；

η表示向深冷空间的热辐射系数，μ为修正系数；

ΔT_推进剂表示推进剂燃烧产生的温度增量；

ΔT_加热器表示推力器的加热器加热产生的温度增量；

ΔT_太阳(t,t+Δt)表示太阳光照产生的温度增量；

步骤二、根据公式(1)对不同工况下的推力器温度进行预测和参数拟合：

工况一：推力器未点火、推力器的加热器关闭，并且不受太阳光照，推力器温度的物理模型为：T(t+Δt)＝T(t)-η(T(t))⁴Δt(2)

选择与工况一最相近的推力器温度的在轨遥测数据，并代入公式(2)中确定向深冷空间的热辐射系数η；

工况二：推力器点火、推力器的加热器关闭，并且不受太阳光照，推力器温度的物理模型为：T(t+Δt)＝T(t)+ΔT_推进剂-μη(T(t))⁴Δt(3)

选择与工况二最相近的推力器温度的在轨遥测数据，并代入公式(3)中确定参数ΔT_推进剂和修正系数μ；

工况三：推力器未点火、推力器的加热器打开，并且不受太阳光照，推力器温度的物理模型为：T(t+Δt)＝T(t)+ΔT_加热器-η(T(t))⁴Δt(4)