[发明专利]用于敏捷卫星应用的姿态控制

说明书

本发明总体上涉及姿态控制，并且尤其便利地涉及卫星和/或航天器的空间平台的姿态控制。具体地，本发明的第一方面涉及具有有限的万向节旋转的多个控制力矩陀螺在姿态控制系统的用途。此外，本发明的另一方面涉及用于控制姿态控制系统的控制力矩陀螺组件的改进逻辑。

本申请是申请人为“泰雷兹阿莱尼亚宇航意大利单一股东有限责任公司”的进入中国国家阶段日期为2016年6月23日的申请号为201480070640.8的发明名称为“用于敏捷卫星应用的姿态控制”的专利申请(国际申请日为2014-12-23，国际申请号为PCT/IB2014/067282)的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及姿态控制，尤其便利地是对卫星和/或航天器的空间站的姿态的控制。

背景技术

众所周知，控制动量(或力矩)陀螺(或陀螺仪)(在下文中，将被称为“CMG(ControlMomentum Gyroscope))是尤其是在航天器/卫星姿态控制系统中的用于姿态控制的扭矩产生器。通常，该CMG因为其高输出扭矩和快速响应而替代反作用轮。

在该方面，图1通过示例的方式示意性示出可开发用于卫星姿态控制的CMG(总体由1表示)的工作原理。

尤其是，如图1所示，CMG1包括飞轮或转子(由盘11示意性表示)，该飞轮或转子被容纳在壳体12中且通过飞轮马达(在图1中出于简化视图的目的，未示出)以恒定的角速度旋转，由此该飞轮或转子具有角动量H。

飞轮11与万向节(在图1中出于简化视图的目的，未示出)联接，该万向节可以通过万向节马达(在图1中出于简化视图的目的，未示出)操作从而使得所述飞轮11转动，并且因此该飞轮的角动量矢量H围绕垂直于角动量矢量H的万向节轴线G，因此生成能够被用于使得卫星转动的陀螺(或陀螺效应)扭矩T。生成的扭矩T位于垂直于转子角动量矢量H和万向节轴线G的轴线上，并且围绕万向节轴线G以与转子11通过万向节围绕所述万向节轴线G转动的角速度相同的角速度转动。

由于该类型的致动器的奇特性，因而航天器/卫星姿态控制系统中控制动量陀螺(CMG)的使用已经被限制很多年。事实上，CMG是基于允许无穷数量转动的机械万向节的复杂的机电单元；其接合部在致动开始和停止阶段过程中应当支持较高转速和极度的加速。此外，它们基于滑环系统，该系统增大了成本且降低了整个系统的可靠性。

因为由CMG生成的转矩在垂直于万向节轴线的平面内转动，所以包括多个CMG单元的组件或集群通常需要在平面中或者三维空间中控制期望的扭矩。在该方面，需要注意如下的事实：术语“CMG集群”和“CMG组件”在本申请中将无差别地使用。

CMG集群的构造通常通过所有的CMG单元的方向来限定，尤其是通过万向节轴线的方向来限定。

众所周知，典型的单一万向节CMG组件(即，一个转子具有一个万向节)通常具有特定类型的对称性，这能够分为两个主要类型：独立类型和多重类型。尤其是，独立类型的单一万向节CMG组件不具有平行的万向节方向/轴线，而多重类型的单一万向节CMG组件具有多组平行的万向节方向/轴线。

在该方面，图2示意性示出了多重类型的单一万向节CMG集群(总体上由2表示)，该集群包括6个单一万向节CMG(即，其中，每个CMG都具有单一万向节)。尤其是，在图2中，出于简化视图的目的，只示出了6个单一万向节CMG的转子。具体地，如图2所示，三个转子(分别由21、22和23)表示，并且因此相应的三个CMG具有相互平行的第一万向节方向/轴线(分别，由和表示)，然而其他三个转子(分别由24、25和26)和，因此相应的三个CMG具有相互平行的但是与第一万向节方向/轴线和不平行的第二万向节方向/轴线(分别由和表示)。