[发明专利]一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法

说明书

本发明的一个实施例公开了一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法，包括：获取太阳翼理论输出功率Ps、β角，卫星平均功耗P_平，卫星光照区总时间Tg、卫星轨道周期总时间T_总和太阳翼遮挡面积S；其中，β角在[‑90°，90°]范围内周期性变化，通过对β角在[‑90°，90°]范围内进行遍历，计算得到能源余量的最优解，并得到该情况下太阳翼的控制角度a，将所述a结合太阳翼的坐标系定义，提出针对不同β角情况下太阳翼对应的控制策略。在一个轨道周期内分段计算卫星的平均功耗，结合太阳翼在轨的控制策略，通过程序精确计算出卫星在轨的能源平衡情况，为太阳翼、蓄电池设计提供准确依据。

技术领域

本发明涉及卫星总体技术领域。更具体地，涉及一种低轨卫星双轴太阳翼控制方法、能源平衡耦合计算方法、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术

低轨通信卫星具有轨道高度低、地影区时间长、通信载荷功耗大、体积重量要求严格等特点。双轴太阳翼具有两个控制轴(A轴、B轴)，适用于大轨道倾角卫星的能源供电，其中太阳翼A轴绕轨道面法线方向，运动范围0～360°，太阳翼B轴与A轴输出轴垂直，运动范围-90°～+90°。

卫星采用的双轴太阳翼驱动方案，大β角时太阳翼B轴在连续跟踪太阳时相对轨道面斜向竖起，在卫星所处的轨道条件下，对日姿态下产生幅值大、非平衡的重力梯度力矩。太阳翼连续运动时，最大重力梯度力矩幅值可达2.5mN·m级。由于卫星姿态受重力梯度力矩的影响较大，导致太阳翼B轴不能连续跟踪太阳矢量的方向，则太阳翼法向与太阳矢量夹角增大，太阳电池阵发电效率降低。同时由于卫星飞行方向(卫星+X轴、-X轴方向)有通信载荷，要求太阳翼运动包络需要避开通信载荷天线的视场范围，多种因素制约下给太阳翼控制策略和能源平衡计算造成了较大的困难。

发明内容

本发明梳理各种输入条件，结合卫星平台设计状态，统筹考虑，定量计算，进行整星能源平衡计算和太阳翼控制策略设计工作。准确的能源平衡结果为太阳电池阵和蓄电池的设计和选型提供依据。

本发明的目的在于提供一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提供了一种低轨卫星双轴太阳翼控制方法，包括:

S10、获取太阳翼理论输出功率Ps、β角，卫星平均功耗P_平，卫星光照区总时间Tg、卫星轨道周期总时间T_总和太阳翼遮挡面积S；其中，β角在[-90°，90°]范围内周期性变化，

S12、通过对β角在[-90°，90°]范围内进行遍历，将所述Ps、β、P_平、Tg和T_总代入公式(2)，将所述Ps、β、P_平、Tg、T_总和S代入公式(3)，得到能源余量的最优解，并得到该情况下太阳翼的控制角度a；

在β角为小于预设角度时，两侧太阳翼在卫星配置为上下对称控制，则有：

PH＝Ps*Tg*cos(β-a)*-P_平*T_总 (2)

式中：PH—整星能源余量，单位：Wh；Ps—太阳翼理论输出功率，3000W；Tg—卫星光照区总时间，与β角相关；a—太阳翼控制角度，单位：°；P_平—卫星平均功耗，单位：W；T_总—卫星轨道周期总时间，单位：min；

在β角为不小于预设角度时，两侧太阳翼被配置为调整至卫星上方，则有：

PH＝Ps*Tg*|[-sin(a-β)-sin(a+β)]|^r1*[S]^r2*-P_平*T_总 (3)