[发明专利]一种电推进展开及推力指向调整机构

说明书

一种电推进展开及推力指向调整机构，涉及航天器推进调整领域；包括安装底板、弹性展开关节、第一展开臂、锁定机构、单自由度转动关节、第二展开臂、双自由度转动关节和推力器安装板；第一展开臂的轴向一端通过弹性展开关节与安装底板的上表面固定连接；锁定机构固定安装在第一展开臂下表面；单自由度转动关节固定安装在第一展开臂的轴向另一端；第二展开臂的轴向一端通过单自由度转动关节与第一展开臂连接；双自由度转动关节固定安装在第二展开臂的轴向另一端；推力器安装板的下底面与双自由度转动关节固定连接；本发明提高了电推力器的备份能力，降低故障点火条件下的推进剂消耗量；本发明还可同时提高电推力器进行南北位置保持的效率。

技术领域

本发明涉及一种航天器推进调整领域，特别是一种电推进展开及推力指向调整机构。

背景技术

地球静止轨道(GEO)上的航天器相对于地球的任何一个观测者都处于静止状态，广泛应用于通信、广播、气象等领域。实际运行中，由于日月引力、太阳辐射压以及地球非球形等摄动的影响，静止轨道卫星不存在静止状态，而是在南北(纬度)和东西(经度)两个方向上漂移。依据应用需求，应实施在轨位置保持以使卫星在南北和东西两个方向的漂移量限制在指定范围内。大多数情况下，对于负加速度(南向修正)，提供南北方向修正以维持所需倾角的最优时刻是90°赤经处；相应地，对于正加速度(北向修正)，最优时刻是270°赤经处。(赤经是赤道面上春分点上的太阳到卫星的角度。)

电推进技术是一种利用电能加速推进工质实现高比冲的航天器推进技术，可有效地节省航天器推进剂携带量、提高航天器平台的承载能力。由于电推力器重量较大，在航天实际工程设计中，航天器携带的电推力器数量有限。电推进在轨进行GEO航天器的南北、东西方向位置保持时，一般配置4台电推力器；每台推力器配置一个推力指向调节机构，确保各电推力器的推力方向经过航天器质心，降低电推力器点火期间的干扰力矩。推力器西北和推力器东北可提供南向加速度，推力器西南和推力器东南可提供北向加速度；推力器西北和西南可提供东向的切向加速度，推力器东北和东南可提供西向的切向加速度；各推力器均可提供指向地心的径向加速度。

在4台电推力器均正常的条件下，推力器西北和推力器东北在90°赤经附近成对点火；推力器西南和推力器东南在270°赤经附近成对点火；每对推力器提供南北位保所需速度增量的约1/2。一般情况下，推力器西北/东北点火产生的径向加速度与推力器西南/东南点火产生的径向加速度不能准确抵消，会产生不期望的平经度的漂移。推力器西北和推力器东北分别产生向东和向西的切向加速度，通过控制两台推力器的点火时间，可以在推力器西北/东北点火时产生预期的切向加速度；推力器西南/东南点火与此类似。利用此切向加速度，可以实现对航天器轨道摄动东西漂移、以及前面提到的径向加速度导致的平经度漂移的修正。

由于以上策略要求4台电推力器均正常工作，当一台电推力器(假定为推力器东北)失效后，需要采用故障点火策略。航天器使用正常的一对对角方向的推力器(推力器西北和推力器东南)完成位置保持点火。航天器西北在90°赤经附近点火，推力器东南在270°赤经附近点火；由于推力器同时存在径向、切向(东西向)和法向(南北向)的加速度分量，可以实现对倾角和平运动的控制，但无法实现对偏心率的控制。在每个周期中增加180°赤经附近的点火控制，推力器西北和推力器东南成对点火，产生相互抵消的法向和切向加速度分量，利用残余的径向分量实现对偏心率的控制。

该方法的主要问题在于：

1、电推力器不能形成完全备份；当一台电推力器失效后，采用故障点火策略进行工作，推进剂消耗量将达到正常点火策略的1.5倍以上，降低了航天器的有效承载能力。

2、电推力器的实际安装位置受限于航天器质心位置和背地板尺寸，其进行南北位置保持的效率较低，法向(南北向)加速度只能占到总加速度的0.5倍左右，推进剂利用率较低。

发明内容