[发明专利]一种卫星入轨阶段太阳电池阵输出电流的估算方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器控制领域，涉及一种太阳电池阵输出电流的确定方法。

背景技术

一般来说，卫星从发射前30分钟直至发射后太阳电池阵正常展开，卫星各个单机的正常工作均由蓄电池组放电来供给。鉴于卫星发射窗口的选择和地面测控弧段的建立，在太阳电池阵展开之前蓄电池组的放电时间约几十分钟。因此卫星在发射后都要进行姿态对日定向以确保太阳电池阵输出电流，减少蓄电池组的放电电量并能够给其充电。

卫星发射后按照预定轨道随着火箭一起飞行，到达预定位置时进行星箭分离，此时太阳电池阵处于压紧状态，之后根据设定的程序先后要经过火工品起爆太阳电池阵展开、太阳电池阵展开保持、太阳搜索、太阳电池阵归零模式四个阶段。在此过程中，卫星的姿态在不断变化，由此产生的太阳电池阵的太阳光入射角和受照面积也在不断变化，造成太阳电池阵输出电流实时变化。

卫星在每次发射入轨前，会根据发射时间、发射窗口、入轨时刻等输入条件来仿真卫星在入轨后的轨道动力学控制参数。现有方法是利用卫星本体坐标系作为基准系来计算卫星入轨段太阳电池阵的输出电流，该方法主要存在以下问题：利用本体坐标系只能计算卫星本体和太阳电池阵处于相对静止状态时的太阳电池阵输出电流，但是在太阳电池阵归零过程中，由于±Y太阳电池阵和卫星星体存在相对位移且±Y太阳电池阵翻转方向相反，无法用本体坐标系下的参数分别对±Y太阳电池阵的输出电流进行精确计算。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种卫星入轨段太阳电池阵输出电流的估算方法，通过引入帆板坐标系解决了在太阳电池阵归零模式中无法单独计算±Y太阳电池阵输出电流的难题，提高了太阳电池阵输出电流的计算精度，为卫星选择合理的发射窗口和完善在轨飞控预案提供了重要参考。

本发明的技术解决方案是：一种卫星入轨阶段太阳电池阵输出电流的估算方法，针对星箭分离至太阳电池阵展开、太阳电池阵展开保持、太阳搜索、太阳电池阵归零这四种模式分别进行太阳电池阵输出电流的估算，其中：

(a)星箭分离至太阳电池阵展开模式，持续时间为t∈(0,t₁]，太阳电池阵输出电流为其中N为太阳电池板的数目，cosα为卫星本体坐标系下太阳电池阵法线矢量u和太阳光矢量v的夹角余弦，I_方为太阳电池阵在太阳光线垂直入射时的输出电流；

(b)太阳电池阵展开保持模式，持续时间为t∈(t₁,t₂]，太阳电池阵输出电流当cosα>0时为I_方*cosα，当cosα<0时为0，其中cosα为卫星本体坐标系下太阳电池阵法线矢量u和太阳光矢量v的夹角余弦；

(c)太阳搜索模式，持续时间为t∈(t₂,t₃]，太阳电池阵输出电流的计算方式与(a)中的计算方式完全相同；

(d)太阳电池阵归零模式，持续时间为t∈(t₃,t₄]，太阳电池阵输出电流当cosα_p>0且cosα_n>0时为当cosα_p>0且cosα_n<0时为当cosα_p<0且cosα_n>0时为当cosα_p<0且cosα_n<0时为0，其中cosα_p为+Y太阳电池阵法线矢量u_p与太阳光矢量v在+Y侧帆板坐标系下的向量S_s-p在帆板坐标系下的夹角余弦，cosα_n为-Y太阳电池阵法线矢量u_n与太阳光矢量v在-Y侧帆板坐标系下的向量太阳光矢量S_s-n在帆板坐标系下的夹角余弦。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法在本体坐标系(通过轨道坐标系折算)和帆板坐标系下利用双矢量定姿的方式得出太阳电池阵法线矢量u和太阳光矢量v的夹角余弦cosα来计算太阳电池阵的输出电流，计算方法具有通用性，易于实现；