[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

说明书

本发明涉及一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统及方法，包括大推力系统、小推力系统、非推力方向小推力系统，可工作在三种工作模式：第一喷气模式下，采用大推力系统对火星探测环绕器轨道控制；采用小推力系统对火星探测环绕器本体坐标系Y轴和Z轴姿态进行控制；第一喷气模式下，当小推力器系统中的推力器出现故障时，切换至第二喷气模式：采用大推力系统对火星探测环绕器轨道和本体坐标系Y轴和Z轴姿态进行控制；第一喷气模式下，当大推力器出现故障时，切换至第三喷气模式：采用大推力系统对火星探测环绕器轨道和本体坐标系Y轴和Z轴姿态进行控制；三种模式下均采用非推力方向小推力系统对火星探测环绕器本体坐标系X轴姿态进行控制。

技术领域

本发明涉及一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统及方法，用于火星探测器器分离轨控期间的推进系统故障诊断与重构，属于深空探测故障诊断与重构领域。

背景技术

火星探测环绕器携带着着陆器进行火星捕获制动后进入环火轨道，采用一种火星探测环绕器携带着陆器变轨进入撞火轨道后进行器器分离后火星探测环绕器择机升轨进入环火轨道的方法进行器器分离。器器分离降轨后进入一条撞击火星的轨道，如果升轨期间火星探测环绕器轨控推力器出现故障而不能及时升轨，探测器会面临撞击火星的风险。由于火地距离远，地面无法及时干预，需要星上自主对推力器进行故障诊断，并建立重构策略，保证探测器的安全性。

目前深空探测器执行轨控过程中星上诊断出推力器故障后则停止轨控，等待地面确认后再根据地面测定轨信息重新制定轨控策略。由于器器分离轨控的特殊性，若轨控出现故障地面无法及时进行测定轨。因此，需要提出一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统及方法，为器器分离降轨和升轨的推力器故障诊断与重构提出一种可行的方法，为深空探测变轨提供支撑。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统及方法，适用于火星探测器器分离轨控期间推进自主故障诊断方法，出现故障后进行推力器重组继续完成轨控。

本发明的技术解决方案是：一种火星探测环绕器分离安全自主推力系统，该系统包括大推力系统、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；

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。

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；

推力方向的小推力系统，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4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；

非推力方向的小推力系统，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。