[发明专利]一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统及方法

权利要求书

1.一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统，其特征在于包括大推力系统、小推力系统、非推力方向小推力系统；其中：

大推力系统包括4台大推力器，安装在垂直于火星探测环绕器本体系X轴的平面上，其中，两台沿Z轴相对于Y轴对称安装，另外两台沿Y轴相对于Z轴对称安装，四台大推力器的推力方向均为火星探测环绕器本体系X轴正方向；

推力方向小推力系统包括4台小推力器，与大推力系统布局相同，安装在垂直于火星探测环绕器本体系X轴的平面上，其中，两台沿Z轴相对于Y轴对称安装，另外两台沿Y轴相对于Z轴对称安装，四台小推力器的推力方向均为火星探测环绕器本体系X轴正方向；

非推力方向小推力系统包括2台小推力器，两台小推力器相对于Y轴方向或者Z轴方向对称安装，两台小推力器的推力方向位于火星探测环绕器本体系YOZ平面上，与火星探测环绕器推力方向垂直；

小推力器最小推力能够抵消大推力器工作时的干扰力矩；

当推力方向小推力系统出现故障导致姿态失稳时，从第一喷气模式切换成第二喷气模式进行姿轨联合控制，所述第二喷气模式的具体实现为：

按照推力方向小推力系统中4台小推力器的布局，根据目标点火姿态和火星探测环绕器实时姿态，采用PID控制或者开关线控制方法，计算得到实现火星探测环绕器本体坐标系Y轴和Z轴姿态控制所需要的每台小推力器的喷气脉宽，作为每台小推力器所在位置的基准喷气脉宽；

大推力系统根据外部输入的点火时刻和点火时长，控制每台大推力器采用满喷气脉宽减去与该台大推力器位于同一坐标轴上坐标原点对侧小推力器所在位置的基准喷气脉宽所得到的喷气脉宽进行工作，实施姿态和轨道联合控制；推力方向小推力系统中的小推力器系统喷气输出为0，不参与姿态和轨道联合控制；

非推力方向小推力系统，控制沿火星探测环绕器X轴方向姿态控制，根据火星探测环绕器的实时姿态与目标姿态的偏差，采用PID控制或者开关线控制方法，计算得到小推力器的喷气脉宽，根据喷气脉宽控制每台小推力器进行工作，实施沿火星探测环绕器X轴方向姿态控制；

当大推力系统出现故障导致姿态失稳时，从第一喷气模式切换成第三喷气模式进行姿轨联合控制，所述第三喷气模式的具体实现为：

按照推力方向小推力系统4台小推力器的布局，根据目标点火姿态和火星探测环绕器实时姿态，采用PID控制或者开关线控制方法，计算得到实现火星探测环绕器本体坐标系Y轴和Z轴姿态控制所需要的每台小推力器的喷气脉宽，作为每台小推力器所在位置的基准喷气脉宽；

推力方向小推力系统，则根据外部输入的点火时刻和点火时长，控制每台小推力器采用满喷气脉宽减去与该台小推力器位于同一坐标轴上坐标原点对侧小推力器所在位置的基准喷气脉宽所得到的喷气脉宽进行工作，实施姿态和轨道联合控制；大推力系统中的大推力器系统喷气输出为0，不参与姿态和轨道联合控制；

非推力方向小推力系统，控制沿火星探测环绕器本体坐标系X轴的姿态，根据火星探测环绕器的实时姿态与目标姿态的偏差，采用PID控制或者开关线控制方法，计算得到小推力器的喷气脉宽，根据喷气脉宽控制每台非推力方向小推力系统中的小推力器进行工作，实施姿态控制。

2.根据权利要求1所述的一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统，其特征在于：默认采用第一喷气模式进行姿轨联合控制，所述第一喷气模式的具体实现为：

大推力系统，根据外部输入的点火时刻和点火时长，控制4台大推力器同时采用满喷气模式进行工作，实施轨道控制；

推力方向小推力系统，用于控制火星探测环绕器本体坐标系Y轴和Z轴方向的姿态，根据目标点火姿态和火星探测环绕器实时姿态，采用PID控制或者开关线控制方法，计算得到每个小推力器的喷气脉宽，根据喷气脉宽控制每台小推力器进行工作，实施姿态控制；

非推力方向小推力系统，用于控制火星探测环绕器本体坐标系X轴方向的姿态，根据火星探测环绕器的实时姿态与目标姿态的偏差，采用PID控制或者开关线控制方法，计算得到小推力器的喷气脉宽，根据喷气脉宽控制每台小推力器进行工作，实施姿态控制。

3.根据权利要求1所述的一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统，其特征在于采用加速度计判断大推力系统是否出现故障，具体判断方法是：

加速度计数据有效时，连续一定时间内推力方向加速度计数据小于理论加速度的一定比值，则置大推力器故障标志；加速度计数据无效时，不进行轨控推力器故障诊断。