[发明专利]高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法

说明书

本发明提供了一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，包括将固定产品简化，计算星上固定产品的质量特性；计算星上具有一次性状态转换产品的质量特性；根据发动机推力、比冲和发动机工作时间计算出贮箱内推进剂剩余量及对应的液面高度，再根据贮箱形状、安装位置等计算并联平铺贮箱内推进剂的质量特性；计算卫星在转移轨道段的质量特性，得到各时间点对应的卫星质心位置和卫星转动惯量及惯性积，通过编程循环计算获得整个转移段内的卫星质量特性。本发明针能够快速准确的获取卫星在转移轨道段的质量特性变化规律，为卫星发射前的动力学分析提供依据，也为卫星发射后在轨安全提供保障。

技术领域

本发明涉及空间飞行器总体技术，具体地，涉及一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法。

背景技术

高轨卫星(地球同步轨道卫星)为了完成轨道转移，需要在转移轨道段进行多次点火机动，远地点发动机点火期间，星上携带的燃料快速消耗，整个变轨段，消耗的燃料质量占据卫星总质量的一半左右，将引起卫星质量特性发生显著的变化，尤其使质心偏心的增加将导致远地点发动机干扰力矩的上升，给点火期间卫星姿态控制带来安全隐患。因此，需要在卫星发射前对卫星在转移轨道段质量特性进行准确测量和计算，以获取变轨期间的质量特性变化规律。目前，采用地面质量特性测试设备直接测量卫星在帆板收拢状态下的质量特性，但是无法测量卫星充液且帆板展开状态的质量特性。国内外一般都采用地面计算的方法来预测卫星在变轨段的质量特性。但是，受到多种因素的影响，计算的效率和精度一直是高轨卫星质量特性计算所面临的难点。此外，由于并联平铺贮箱卫星的特殊性，以及圆柱体加首尾两个半球体的贮箱形状引起的卫星质心变化与燃料的消耗量之间非线性关系，给计算带来了更大的困难。

目前，没有发现同本发明类似针对并联平铺贮箱卫星的质量特性计算的相关技术说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法。

根据本发明提供的高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，包括如下步骤：

步骤S1：将星上固定产品简化为质点，计算固定产品的质量特性；

步骤S2：计算星上设置的一次性状态转换产品的质量特性；

步骤S3：根据星上发动机的推力、比冲和的工作时间计算出贮箱内推进剂剩余量及对应的液面高度，再根据贮箱的形状、安装位置计算出并联平铺贮箱内推进剂的质量特性；

步骤S4：根据所述固定产品、所述一次性状态转换产品以及推进剂的质量特性得到各时间点对应的卫星质心位置和卫星转动惯量及惯性积，进而获得整个转移段内的卫星质量特性。

优选地，步骤S1包括如下步骤：

步骤S101：将固定产品简化为质点，忽略固定产品相对于自身质心坐标系的转动惯量和惯性积，计算固定产品在卫星机械坐标系下的质量、质心、转动惯量和惯性积；

具体为，固定产品的质量M_G为：

其中，m_Gi为第i个固定产品的质量，N为固定产品的数量；

固定产品的质心(X_G，Y_G，Z_G)为：

其中，X_Gi为第i个固定产品的质心在卫星机械坐标系下X方向的坐标，进而得到