[发明专利]一种用于空间系绳系统旋转运动控制的矢量推进装置

说明书

本发明公开了一种用于空间系绳系统旋转运动控制的矢量推进装置，该矢量推进装置安装在空间系绳系统单端星体上，可以转动并为系统提供变方向矢量推力。其转动轮带动推进器以子卫星和系绳连接点为中心，沿卫星和系绳连接平面，在空间系绳系统旋转面外方向360°旋转以控制推进器面外推进角，通过控制推力方向代替安装多组推进器，进行空间系绳系统面内运动和面外运动的控制；液压杆带动推进器以推进器固定座安装轴为中心，在空间系绳系统旋转面内方向90°偏转以控制推进器面内推进角，使推进器轴线过卫星的质心，减小推力对空间系绳系统两端卫星姿态的影响。利用空间系绳系统单端星体上的推进装置实现旋转运动控制，使其控制更加精准。

技术领域

本发明涉及空间系绳系统设备技术领域，具体地说，涉及一种为空间系绳系统旋转运动控制提供推力的矢量推进器装置。

背景技术

空间系绳系统以其独特的结构和性能，在对地观测、卫星变轨、清除空间碎片、空间载荷传输、提供人造重力诸多领域有着广泛的应用前景。对比传统航天器，空间系绳系统在轨运行过程中主要利用电动力、动量交换原理的方式完成各项任务，这样可以大大减小燃料消耗。但是，由于空间系绳系统在太空中面临复杂的环境，以及航天器自身为一个欠驱动系统，所以常常需要安装推进器为系统提供辅助的推力来实现对空间系绳系统的运动控制。

推进器已被广泛运用于航天工程，推进器种类也日渐繁多。现阶段研究不论选用哪种推进器，如果需要对空间系绳系统面内和面外两个方向进行运动控制，都需要至少安装两组推进器。发明专利CN110174851A提出了“一种空间旋转系绳系统的地面半实物仿真装置”，该地面半实物仿真装置通过控制器分别控制面内、面外方向的多个喷口来模拟控制多个推进器，以实现对系绳系统面内外运动的控制。但是在系绳系统在轨运行过程中，这样多个推进器的设计会极大地增加系统的制造成本，也增大了空间系绳系统的体积和重量，为其在太空中完成各项任务带来不便。此外，传统推进器推力作用下卫星产生的姿态变化也是空间系绳系统旋转运动控制中需要解决的一个问题。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于空间系绳系统旋转运动控制的矢量推进装置；该矢量推进装置安装在系绳系统子卫星上，能够转动并为系统提供变方向矢量推力；其转动轮带动推进器以子卫星和系绳连接点为中心，沿卫星和系绳连接平面，在面外方向360°旋转以控制推进器面外推进角，通过控制推力方向代替安装多组推进器，进行空间系绳系统面内运动和面外运动的控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括推进器旋转控制机构、推进器、转速传感器、传动轴、电机、控制器、转动轮、推进器固定座、液压杆，其特征在于所述推进器旋转控制机构安装在空间系绳系统子卫星星体上；其中，转动轮嵌入在系绳系统子卫星与系绳连接的部位，带动推进器以子卫星和系绳连接点为中心，沿卫星和系绳连接平面并在垂直与空间系绳系统旋转面外方向360°旋转，用于改变推进器推力方向；液压杆与转动轮和推进器固定座连接，带动推进器以推进器固定座安装轴为中心，在沿空间系绳系统旋转面内方向90°偏转，用于确保推进器轴线过子卫星质心，减小推力对卫星姿态的影响；

所述推进器固定座安装在转动轮中心部位，推进器固定座偏转端与液压杆连接，所述推进器与推进器旋转控制机构配合安装，推进器与控制器通过控制线路相连，实现对推进器推力大小控制；所述转速传感器位于传动轴上部安装在卫星壳体内壁上，转速传感器用于反馈推进器转动角度；

所述传动轴一端与位于卫星内部的电机输出轴通过联轴器固连，传动轴另一端与转动轮上推进器固定座相连接，电机通过传动轴带动转动轮转动，传动轴将电机的动力传递给推进器旋转控制机构，使推进器旋转控制机构旋转以改变推力方向；

所述电机与所述控制器配合连接，并通过控制器安装在系绳系统子卫星内部，由空间系绳系统绳端卫星供电驱动，电机和控制器用来改变推进器在卫星上的推进力方向角；

所述控制器用于储存控制程序和输出控制指令；控制器通过控制推进器和电机实现对空间系绳系统面内运动和面外运动的控制。