[发明专利]航天运载器上面级姿轨控发动机配置与控制方法及装置

说明书

本申请提供了一种航天运载器上面级姿轨控发动机配置与控制方法及装置，方法包括：在平面直角坐标系的4个象限线上分别对应设置一第一发动机，在航天运载器上面级的周向设置4台第二发动机和4台第三发动机；第二发动机分别对应设置在4个象限线上；一对第三发动机设置在第I象限的45°方向上，另一对第三发动机设置在第III象限的45°方向上；或者，一对第三发动机设置在第II象限的45°方向上，另一对第三发动机设置在第IV象限的45°方向上；利用第一发动机、第二发动机和第三发动机共同实现速度控制和俯仰、偏航、滚动通道的冗余姿态控制。本申请能够在保证速度与姿态控制需求的同时显著降低航天运载器的研发和制造成本。

技术领域

本申请属于航天运载器控制技术领域，具体涉及一种航天运载器上面级姿轨控发动机配置与控制方法及装置。

背景技术

为了实现对航天运载器的速度和姿态的控制，通常需要在航天运载器上面级配置姿轨控发动机。具体地，在航天运载器上面级的纵轴向布置用于速度控制的发动机，在航天运载器上面级的周向布置姿态控制发动机，以便于对航天运载器的俯仰、偏航、滚动三个通道的姿态进行控制。

传统的航天运载器上面级往往面临具备冗余功能和不具备冗余功能的矛盾。具备冗余功能就需要配置较多数目的发动机，不具备冗余功能又需要配置较少数目的发动机。为实现冗余功能，传统的航天运载器上面级通常需要在周向至少配置12个用于姿态控制的发动机，加上纵轴向配置的用于速度控制的发动机后，发动机的数量更多，因此研发和生产费用也更高。不采用冗余配置又不能对故障实现冗余，飞行可靠性相对较低。本申请发明人在研发过程中发现，在保证速度与姿态控制需求以及故障冗余的前提下，通过在航天运载器上面级合理配置姿轨控发动机，尽可能减少发动机的数量，能够显著地降低航天运载器的研发和制造成本。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种航天运载器上面级姿轨控发动机配置与控制方法及装置。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种航天运载器上面级姿轨控发动机配置与控制方法，其包括以下步骤：

以航天运载器上面级的横截面的中心为坐标原点O，以航天运载器上面级偏航方向经过原点O的直线为X轴，以航天运载器上面级俯仰方向经过原点O的直线为Y轴，建立平面直角坐标系OXY；

在所述平面直角坐标系OXY的4个象限线上分别对应设置1台第一发动机，第一发动机的推力线平行于航天运载器上面级的纵轴，且指向航天运载器上面级的头部；第一发动机的推力线与航天运载器上面级的纵轴之间的距离为；

在航天运载器上面级的周向设置4台第二发动机和4台第三发动机；

4台所述第二发动机分别对应设置在4个象限线上，所述第二发动机的推力线平行于其所在的象限线，并指向航天运载器上面级的纵轴，所述第二发动机的推力线与航天运载器纵向质心的距离均为；

4台所述第三发动机中，其中一对所述第三发动机设置在第I象限的45°方向上，另一对所述第三发动机设置在第III象限的45°方向上；或者，其中一对所述第三发动机设置在第II象限的45°方向上，另一对所述第三发动机设置在第IV象限的45°方向上；每台所述第三发动机的推力方向均沿航天运载器上面级横截面的切线方向，每对所述第三发动机的推力指向相反；且所述第三发动机的推力线与航天运载器上面级的纵轴之间的距离为；

利用所述第一发动机、第二发动机和第三发动机共同实现速度控制和俯仰、偏航、滚动通道的冗余姿态控制。

上述航天运载器上面级姿轨控发动机配置与控制方法中，还包括以下步骤：

在末速修正飞行段，根据上一控制周期第一发动机关闭的个数对末速修正开机时间进行修正。

进一步地，所述根据上一控制周期第一发动机关闭的个数对末速修正开机时间进行修正的具体过程为：