[发明专利]一种加速度模式无拖曳控制的在轨实验验证方法

说明书

本发明公开一种加速度模式无拖曳控制的在轨实验验证方法，首先利用卫星单侧的微推力器产生主动干扰，并通过引力参考传感器测量所述主动干扰导致的第一加速度值；然后，基于所述第一加速度值以及加速度估计值，标定所述引力参考传感器的加速度零偏；将标定得到的引力参考传感器的加速度零偏上注到卫星系统后，根据所述加速度零偏对加速度进行补偿处理；最后，进行加速度无拖曳在轨实验，并测量得到第二加速度值，将所述第二加速度值与所述第一加速度值进行比较，验证加速度无拖曳在轨实验的效果。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种加速度模式无拖曳控制的在轨实验验证方法。

背景技术

空间基础物理研究中的低频引力波探测、等效原理检验、短线程效应以及高精度地球重力场测量卫星都要求在设计的测量频段内卫星受到的残余扰动加速度小于10^-10m/s²，有的甚至更低，而无拖曳控制技术就是实现上述需求的关键技术。无拖曳控制分为加速度模式与位移模式两类，其中，加速度模式无拖曳控制技术可应用于地球和地外天体等复杂引力场的空间探测；位移模式无拖曳控制技术则可应用于引力波探测及等效原理检验等相对论效应的空间科学研究领域。

随着科学技术的迅猛发展和社会需求的提高，越来越多的空间科学任务得以开展，微重力科学、空间基础物理验证、对地观测和卫星高精度导航及定轨等空间实验都要求卫星受到的残余扰动加速度尽可能小。对于近地卫星而言，其受到的干扰包括外部干扰以及内部干扰，其中，外部干扰主要来自地球大气阻力、太阳光压、高能宇宙射线以及地磁干扰等；内部扰动主要包括卫星的结构振动、卫星姿态调节产生的扰动以及卫星各分系统耦合产生的力与力矩以及卫星剩磁导致的力和力矩。卫星受到的内外扰动所导致的加速度通常在1×10^-5至1×10^-3m/s²量级，远达不到空间高精度基础科学实验对卫星稳定度的需求，因此，为了实现卫星低扰动水平甚至纯惯性飞行，加速度模式无拖曳控制技术的研究是关键。

无拖曳控制技术与卫星平台、引力参考传感器以及微推力器的耦合性极强，引力参考传感器的噪声分辨率、微推力器的推力噪声及分辨率、控制系统的时延、卫星平台的微振动水平等是决定无拖曳控制能否成功的关键因素。目前我国无拖曳控制技术的研究还停留在理论研究与地面仿真分析阶段。如何根据现有的技术水平在近地轨道对无拖曳控制技术进行在轨实验和验证是我国空间实验需要解决的技术问题之一。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种加速度模式无拖曳控制的在轨实验验证方法，对近地轨道重力场卫星、等效原理验证以及深空轨道空间引力波探测中卫星的加速度无拖曳控制进行在轨实验验证，所述在轨实验验证方法包括：

利用卫星单侧的微推力器产生主动干扰，并通过引力参考传感器测量所述主动干扰导致的第一加速度值；

基于所述第一加速度值以及加速度估计值，标定所述引力参考传感器的加速度零偏；

将标定得到的引力参考传感器的加速度零偏上注到卫星系统，并根据所述加速度零偏进行补偿处理；以及

进行加速度无拖曳在轨实验，并测量得到第二加速度值，将所述第二加速度值与所述第一加速度值进行比较，验证加速度无拖曳在轨实验的结果。

进一步地，所述主动干扰的形式由地面根据所述卫星的特点分析确定。

进一步地，所述加速度估计值是由预先建立的加速度模式无拖曳控制器计算得到的。

进一步地，所述引力参考传感器的加速度零偏通过地面测控系统上注到卫星系统。

本发明提供的一种加速度模式无拖曳控制的在轨实验验证方法，首次提出了采用主动加扰的方式对加速度模式无拖曳控制功能进行在轨实验验证，其采用微推力器对卫星施加形式已知的主动干扰，即使在外界非保守力干扰较小的情况下，也能实现对加速度模式无拖曳控制功能的在轨实验验证。