[发明专利]一种基于单台霍尔推力器实现微小卫星转轨和姿控的方法

说明书

本发明涉及一种基于单台霍尔推力器实现微小卫星转轨和姿控的方法，属于微小卫星转轨和姿控技术领域。本发明通过将传统霍尔推力器的单管供气改进为多管供气，并利用霍尔推力器自身的工作原理，实现了仅用一台霍尔推力器就产生了x方向的力以及x，y，z方向的力矩。本发明的技术优点在于：通过一台霍尔推力器就能够实现微小卫星在轨道转移过程中的推力，并在维持转轨推力的前提下，同时能够完成卫星的姿态控制，从而提高了微小卫星的全电推技术应用的可行性。

技术领域

本发明涉及一种基于单台霍尔推力器实现微小卫星转轨和姿控的方法，属于微小卫星转轨和姿控技术领域。

背景技术

空间电推进技术与传统的化学推进相比，具有高必冲的先天优势，这意味着完成相同的飞行推进任务，采用电推进能够携带更少的推进剂，从而使卫星能够装备更多的有效载荷。尤其对于微小卫星来说，电推进技术能够显著提高其载干比。

随着对有效载荷携带量需求的不断提高，以及电推进技术的不断成熟，全电推卫星的技术应运而生。但通常情况下，由于电推进能提供的推力在毫牛级，而整星分配给电推进系统的功率有限，所以当前中大型平台的全电推技术因其转轨周期过长而难以大范围推广，因此中大型卫星一般都将电推进技术应用在轨道保持的任务中。而对于微小型卫星来说，由于其整星质量小，采用全电推变轨的策略更容易被接受。因此本专利针对微小卫星的全电推转轨问题进行专门的研究。

在空间电推进技术中，以霍尔电推进技术设计最成熟、应用最广泛，例如俄罗斯的SPT霍尔电推进技术，在轨总数接近500台。也就是说，如果将霍尔推力器应用于全电推技术中是十分可行的。另外，卫星在轨道转移的过程中，推力器提供的推力既要用于轨道提升，又要用于姿态控制，通常情况下都是由多台推力器完成的，这就需要整星提供更多的功率给推进系统，在微小卫星整星功率受限的情况下难以实现。如果拆分成多台超低功率的霍尔推力器，其能量转换效率又极低。所以在这种矛盾下，微小卫星的全电推技术难以实现。

卫星的轨道转移既要推进系统提供变轨推力，又要完成姿态控制，但微小卫星受整星功率限制无法安装多台霍尔推力器，而拆分成多台超低功率霍尔推力器的能量转换效率又极低。因此，微小卫星的全电推轨道转移技术并不容易实现。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于单台霍尔推力器实现微小卫星转轨和姿控的方法，该方法能够使微小卫星在提供变轨推力的同时，也能完成姿态控制，从而更有利于实现微小卫星的全电推变轨技术，使全电推技术既能提供卫星变轨所需的推力，也能完成卫星在变轨过程中的姿态控制。

本发明的技术解决方案是：

一种基于单台霍尔推力器实现微小卫星转轨和姿控的方法，该方法的步骤包括：

(1)设计具有可控力矩功能的霍尔推力器；

(2)将步骤(1)设计的霍尔推力器安装在微小卫星的-x轴上的中心位置，使霍尔推力器的中心与微小卫星的质心重合，这样安装的目的是为了使微小卫星在轨道转移时产生-x方向的推力；

(3)在转轨期间，当需要姿态y和z方向调控时，通过霍尔推力器上的供气管1通入不同流量的氙气，使霍尔推力器产生不经过霍尔推力器中心的-x方向的推力，即提供y和z方向的力矩；

当不需要进行姿态调控时，通过霍尔推力器上的供气管1通入相同流量的氙气，使霍尔推力器产生经过霍尔推力器中心的-x方向的推力，即不提供y和z方向的力矩；

通入不同流量的氙气产生力矩是因为每条供气管都由一个流量计或热节流阀单独控制流量，当需要霍尔推力器提供y和z轴方向的力矩时，通过控制阀门改变对应分段区域的气体供给，提高这一区域的气体密度，从而增加局部电离，在周向产生不均匀的推力，进而实现大小、位置都可控的力矩；