[发明专利]一种确定推力器的倾斜角度的方法

说明书

本发明涉及一种确定推力器的倾斜角度的方法，包括下列步骤：确定推力器的倾斜方向；提供干扰力矩关于倾斜角度的公式；提供控制力矩关于倾斜角度的公式；以及确定推力器的倾斜角度，使得控制力矩大于干扰力矩。通过该方法，既可以保证足够的有效推力，又可以保证干扰力矩能够被基本抵消，从而提供高效的推力器工作状态并维持轨控期间的卫星姿态。

技术领域

本发明总的来说涉及航天器姿态控制技术领域，具体而言涉及一种确定推力器的倾斜角度的方法。

背景技术

推力器是控制航天器姿态的一种执行机构，其原理是，根据姿轨控计算机的控制指令进行喷气以产生期望的推力冲量，从而实现航天器的轨道控制。在理想情况下，由于推力器在卫星上对称安装，因此卫星在实施轨控时不会对卫星姿态产生干扰，但在工程实际中，由于存在卫星质心偏差、推力器安装位置偏差、推力器推力大小一致性偏差、推力器推力方向偏差等非理想情况，使得在卫星轨控期间会对卫星姿态产生显著的干扰力矩。

对于轨控期间所产生的姿态干扰力矩，由于反作用轮等控制部件的力矩输出较小，因此无法补偿该干扰。传统的一种解决方案是，在保证轨控推力器的基础上，额外地在卫星上安装至少6台推力器以实现6个方向的干扰抑制。尽管这种控制卫星姿态的方法比较简单，但由于推力器数量多，因此导致卫星布局复杂、体积大、重量重、成本高；另一种方案则是，利用推力器斜装，使用4个推力器在完成轨道控制的同时，通过关调制实现卫星姿态控制，此种方法成本低、重量低、布局简单，但此种方法对斜装的推力器的倾斜角度的选取要求较高，如果选取不恰当，会导致推力效率低或者干扰抑制效果差。而传统方法中对于倾斜角度的选取方法考虑不全面，仅考虑了向外倾斜时避免过卫星质心的限制。

为了兼顾推力器的推力效率和轨控期间的姿态干扰抑制效果，需要一种新方法能够计算出斜装推力器的倾斜角度。

发明内容

本发明的任务是提供一种确定推力器的倾斜角度的方法，通过该方法，既可以保证足够的有效推力，又可以保证干扰力矩能够被基本抵消，从而提供高效的推力器工作状态并维持轨控期间的卫星姿态。

根据本发明，该任务通过一种确定推力器的倾斜角度的方法来解决，该方法包括下列步骤：

确定推力器的倾斜方向；

提供干扰力矩关于倾斜角度的公式；

提供控制力矩关于倾斜角度的公式；以及

确定推力器的倾斜角度，使得控制力矩大于干扰力矩。

在本发明的一个优选方案中规定，确定推力器的倾斜方向包括：

对于具有转动机构或柔性机构的卫星，选择推力器向内倾斜方式；或者

对于推力器安装位置靠近质心的情况，若安装位置满足则选择推力器向内倾斜方式，其中L₁为两个同边反向倾斜的推力器的安装点之间的距离，D为质心到推力器的安装面的垂直距离；或者

对于推力器外围有遮挡物的情况，选择推力器向内倾斜方式。

通过该优选方案，可以根据具体场景，灵活地确定倾斜方向，从而更加符合实际需求。

在本发明的另一优选方案中规定，干扰力矩关于倾斜角度的公式为：

T_dx＝T_dy＝4×F×sin(θ_d)×(D+ΔD)+4×F×cos(θ_d)×cos(γ)×ΔD