[发明专利]一种MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法

权利要求书

1.一种MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)微纳卫星相对运动建模：根据多个微纳卫星编队特点，以及对地观测和星间故障检测任务，分析轨道任务约束；

2)微纳卫星轨道姿态一体化控制：按照姿态和轨道一体化控制要求，依据微纳卫星运动特点，采用圆形拓扑结构的固体微推进器合力作用通过卫星质心方向进行轨道姿态一体化控制；

3)建立微纳卫星推进器动力学模型，并分析微推进器的点火顺序优化模型；

4)建立固体微推进器的点火程序：根据0-1整数规划方法，建立固体微推进器的点火程序。

2.根据权利要求1所述的MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法，其特征在于，步骤1)中，对地观测任务为：由两颗子星和一颗主星组成的侧摆构型，两颗子星在主星轨道的前后做来回的等幅振荡运动；在振荡的同时，子星的对地相机能够摆动。

3.根据权利要求1所述的MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法，其特征在于，步骤1)中，星间故障检测任务为：由四颗子星和一颗主星构成的椭圆形编队，四颗子星围绕在主星附近，成椭圆形分布，并且围绕着主星转动；在转动的过程中，子星所带的相机一面始终指向主星。

4.根据权利要求1所述的MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法，其特征在于，步骤2)中，圆形拓扑结构的固体微推进器结构具体为：将微推力器以圆周形排列在微纳卫星表面上，使得微推力器的点火孔称圆形分布，圆周阵列的圆心与微纳卫星的面心重合，排列规则为：从最小的圆周开始，按照圆周半径增大顺序排列。

5.根据权利要求4所述的MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法，其特征在于，步骤3)中，微纳卫星推进器动力学模型包括：

推力模型：

设定MEMS微推进器的点火时间为Δt，单位点火孔的点火推力为F，点火孔数目为n，微纳卫星的速度质量为M，则微纳卫星得到的速度增量为Δv，即：

n*FΔt＝MΔv

微推进器点火孔对称点火，使得合力通过卫星的质心；

力矩模型：

设定MEMS微推进器的点火时间为Δt，圆形拓扑结构的微推进器第i圈的n个点火孔点火的推力为F，力臂为Jε，微纳卫星的转动惯量为J，转动角加速度为ε，转动角速度为ω，则有如下式子成立：

6.根据权利要求4所述的MEMS固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法，其特征在于，步骤4)中，点火程序具体为：

分布在微推进器上的点火孔对称点火时，均产生过质心的推力，为轨道机动提供推力；当其非对称点火时，会产生转动力矩，为姿态机动提供力矩；当需要姿态机动的时候，减少点火孔的使用数量；采用0-1整数规划方法建立点火的时序，确定目标函数为：

成本函数为：u_i(r_i)＝(1/r_i)

约束条件为：

其中，δ_i＝1,or,2F₀为单位点火孔的推力，r_i为点火孔的中心到质心的距离，即点火产生的力的力臂N为可用点火孔的个数。