[发明专利]全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法及系统

说明书

本发明公开了一种全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法及系统，该方法包括如下步骤：当全电推进卫星某台电推力器发生故障时，该电推力器所在的分支不再使用，则使用另一分支的两个电推力器进行位置保持控制；其中，所述位置保持控制包括如下步骤：步骤一：根据测轨数据计算各轨道要素所需控制量；步骤二：根据倾角控制量以及南北、东西位置保持耦合关系计算总偏心率矢量控制量；步骤三：计算电推力器点火位置偏角；步骤四：计算电推力器点火速度增量以及点火弧段中点赤经；步骤五：计算电推力器点火时刻及点火时长。本发明可适用于星上自主计算，解决电推力器故障模式下的位置保持问题，并实现较高的推进剂利用效率。

技术领域

本发明属于卫星轨道姿态动力学与控制技术领域，尤其涉及一种全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法及系统。

背景技术

全电推进卫星(All-Electric Propulsion Satellite)采用高比冲的电推进系统(如离子电推进或霍尔电推进等)，取代复杂的双组元统一化学推进系统，来实现星箭分离后的卫星转移轨道变轨、卫星入轨后的在轨位置保持、角动量卸载及离轨等任务。全电推进卫星由于电推力器配置数量、安装位置以及在轨供电功率的限制，其东西、南北位置保持控制相互耦合，且电推力器故障模式下控制参数减少，位置保持策略设计非常复杂。

全电推进卫星一般配置4台电推力器，呈矩形安装于卫星背地板或南北板，包含2个分支，每个分支包含对角线2台电推力器，2个分支互为备份。正常模式下，4台电推力器均能参与位置保持任务，每天(或每2天)每台电推力器点火1次。位置保持控制方式可通过地面定期向星上注入电推力器点火计划，由星上自主执行；或完全由星上根据位置保持策略自主计算电推力器点火参数，自主执行点火过程。当星上某台电推力器发生故障时，则需要制定新的位置保持策略，以尽量少的推进剂消耗实现位置保持控制。

北京理工大学CN104015938A号专利提供了一种电推进静止轨道卫星的位置保持方法，该方法针对配置4台矩形构型电推力器的卫星，实现了东西、南北位置保持的联合控制，达到了较高的位置保持精度和较高的推进剂利用效率。但是该方法没有给出电推力器故障模式下的位置保持策略，对于全电推进卫星电推力器发生故障情况下的位置保持，该方法并不适用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法及系统，可适用于星上自主计算，解决电推力器故障模式下的位置保持问题，并实现较高的推进剂利用效率。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法，所述方法包括如下步骤：当全电推进卫星某台电推力器发生故障时，该电推力器所在的分支不再使用，则使用另一分支的两个电推力器进行位置保持控制；其中，所述位置保持控制包括如下步骤：步骤一：根据测轨数据计算各轨道要素所需控制量；步骤二：根据倾角控制量以及南北、东西位置保持耦合关系计算总偏心率矢量控制量；步骤三：计算电推力器点火位置偏角；步骤四：计算电推力器点火速度增量以及点火弧段中点赤经；步骤五：根据点火弧段中点赤经得到电推力器点火弧段中点时刻，根据电推力器点火速度增量得到电推力器点火时长，根据电推力器点火弧段中点时刻和电推力器点火时长得到电推力器点火起始时刻。

上述全电推进卫星电推力器故障模式下的位置保持方法中，在步骤一中，各轨道要素所需控制量包括倾角矢量控制量(Δi_x,Δi_y)、偏心率矢量控制量(Δe_x,Δe_y)和平经度漂移率控制量ΔD；其中，

倾角控制量(Δi_xC,Δi_yC)按照如下控制律计算：