[发明专利]基于气磁复合控制的双超卫星平台姿态地面仿真模拟器

说明书

本发明提供了一种基于气磁复合控制的双超卫星平台姿态地面仿真模拟器，属于航天器物理仿真领域，通过气浮球轴承实现转动平台的Rx、Ry和Rz自由度运动，通过平面气浮轴承实现载荷舱气浮平台和平台舱气浮平台的X和Y自由度运动，通过设置在支撑立柱上的磁悬浮支撑浮动磁钢和设置在水平移动平台上的磁悬浮固定磁钢，实现支撑立柱与水平移动平台的非接触重力补偿支撑，通过由洛伦兹电机磁钢和洛伦兹电机线圈组成的洛伦兹电机实现支撑立柱与水平移动平台的非接触力控制和Z自由度运动，进而获得转动平台的六自由度运动，具有六自由度非接触支撑、稳定性高和响应快等优点，可用于双超卫星平台的姿态模拟、大摆角机动特性和动中成像地面验证。

技术领域

本发明涉及航天器物理仿真领域，具体地，涉及一种基于气磁复合控制的双超卫星平台姿态地面仿真模拟器。

背景技术

伴随着科技的迅速发展，航天对地观测遥感任务逐渐朝高空间分辨率和高效率方向发展，而观测遥感的高空间分辨率和高效率主要取决于卫星载荷的指向精度、稳定性和敏捷机动性能。在传统的卫星平台中，大型太阳帆板等挠性附件以及飞轮、陀螺、驱动机构等活动部件是影响卫星载荷姿态指向精度、稳定度和敏捷机动性能的主要原因。

传统卫星设计中，载荷舱与平台舱固连，其姿态跟随卫星平台进行控制，载荷舱的姿态精度主要取决于卫星平台的姿态控制精度，而卫星平台上的大型挠性附件又间接影响载荷舱的控制精度。因此采用载荷与平台固连的方式，难以同时实现载荷姿态的超高稳定度、超高指向精度和超高敏捷性能。为了提高卫星载荷的指向精度和稳定性，进行有效的振动隔离和抑制，通过采用将平台与载荷进行物理分离的双体卫星形式，进而实现了载荷的高运动精度和高运动速度，已成为下一代卫星平台的热点技术之一。为了实现对双体卫星平台的在轨性能验证，进行模拟失重及微干扰力矩空间环境的地面仿真实验就变得尤为重要，因此，需要提供满足运动要求的地面物理仿真地面测试系统。专利文献CN103514792A提及一种空间六自由度气浮随动运动平台。该平台通过气浮技术实现两自由度平动和三个自由度转动，并采用液体平衡方法实现垂向随动，进而获得空间微重力环境下航天器姿态的运动模拟。但是该专利采用的液压驱动结构形式，由于液压油的高粘度而导致较大的粘滞阻尼干扰，同时采用单向液压缸推进与气浮运动平台的重力相平衡的开式控制方式，严重削弱了平台系统的响应频率及稳定性；专利文献CN104875907A提及一种狭窄空间重型设备运送安装六自由度气浮车，通过平面气足、前后移动自由度装置、竖直移动自由度装置和左右摆动自由度装置的组合，实现重型设备的六自由度运送安装，但是该气浮车中的垂直移动、前后翻转、左右摆动机构均采用直接接触式运动导轨，进而带来较大的摩擦力，无法满足航天器的微干扰力矩环境的地面模拟要求；专利文献CN105321398A中的一种六自由度气浮式运动模拟器，借助一个球面气浮轴承、三个平面气浮轴承和一个升降柱组件实现平台的六自由度运动，但是该专利中的升降柱组件通过钢丝绳与滑轮组的形式连接外支撑柱和平衡块，会带来较大的摩擦力干扰，且由于钢丝的弹性形变导致垂向运动控制精度低、稳定时间长。因此需要设计一种响应速度快，干扰力矩小，且适应于验证双体卫星指向精度、稳定性和敏捷机动性能的新型六自由度物理仿真地面测试装置。

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基于气磁复合控制的双超卫星平台姿态地面仿真模拟器属于航天器物理仿真领域，通过气浮球轴承实现转动平台的Rx、Ry和Rz自由度运动，通过平面气浮轴承实现载荷舱气浮平台和平台舱气浮平台的X和Y自由度运动，通过设置在支撑立柱上的磁悬浮支撑浮动磁钢和设置在水平移动平台上的磁悬浮固定磁钢，实现支撑立柱与水平移动平台的非接触重力补偿支撑，通过由洛伦兹电机磁钢和洛伦兹电机线圈组成的洛伦兹电机实现支撑立柱与水平移动平台的非接触力控制和Z自由度运动，进而获得转动平台的六自由度运动，具有六自由度非接触支撑、稳定性高和响应快等优点，可用于双超卫星平台的姿态模拟、大摆角机动特性和动中成像地面验证。