[发明专利]一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法

摘要

一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法，本发明涉及航天器姿态控制技术领域。本发明是要解决现有方法使用装置卸载并且卸载装置昂贵的问题，提出一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法。步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量hun_y；步骤二、根据卫星转动惯量确定卫星所受到的重力梯度力矩；步骤三、估算卫星俯仰轴机动θm所需要的时间tend，以及机动过程中重力梯度力矩在俯仰轴积累的角动量hmanu；步骤四、根据hun_y与hmanu求解卫星需要机动的角度θm；步骤五、根据hun_y、hmanu与步骤四所确定的θm，计算需要保持该角度的时间thold；步骤六、确定保证卫星有足够角动量空间进行机动的卫星转动惯量分布形。本发明应用于航天器姿态控制技术领域。

主权项

1.一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法，其特征在于具体过程如下： 步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量h_{un_y}，具体步骤为： 测量每一个动量交换执行机构的角动量在本体坐标系的分量，将第i个动量交换执行机构角动量在本体坐标系的分量表示为由此可以得到所有动量交换执行机构的总角动量在俯仰轴的分量h_{un_y}，表达式为：式中，所述本体坐标系是本体坐标系ox_by_bz_b与惯性主轴坐标系重合，原点在卫星的质心，各个坐标轴与卫星本体固连，本体坐标系ox_by_bz_b中ox_b为滚动轴，oy_b为俯仰轴，oz_b为偏航轴，符号b表示与本体坐标系有关的量； 是3×1的列阵，表示第i个动量交换执行机构角动量在本体坐标系的分量，表示所有执行机构角动量的总和在本体坐标系的分量，表示所有执行机构角动量的总和在本体坐标系俯仰轴的分量，h_{un_y}为需要卸载的俯仰轴角动量大小，为本体坐标系的俯仰轴在本体坐标系的分量，n是执行机构的数量，i是大于0的整数；步骤二、根据卫星转动惯量确定卫星所受到的重力梯度力矩：通常情况卫星的本体坐标系与惯量主轴坐标系重合，因此重力梯度力矩的表达式可以表示为： 式中，μ是地球引力常数，R表示卫星质心与地球质心的距离，表示卫星所受三轴重力梯度力矩在本体系的分量，I_x、I_y、I_z分别表示卫星滚动轴、俯仰轴、偏航轴所对应的主惯量，θ表示按3-2-1转序描述的滚动角与俯仰角；其中，所述3-2-1转序中3代表绕oz_b转动，2代表绕oy_b轴转动，1代表绕ox_b转动。步骤三、估算卫星俯仰轴机动θ_m所需要的时间t_end，以及机动过程中重力梯度力矩在 俯仰轴积累的角动量h_manu； 卫星俯仰轴机动θ_m所用的时间可以表示为： t_end＝ω_ymax/a_ymax+θ_m/ω_ymax    (3) 式中，t_end为卫星俯仰轴机动θ_m所用的时间，ω_ymax为卫星俯仰轴机动过程中的最大角速度，a_ymax卫星俯仰轴机动过程中的最大角加速度； 采用取机动过程重力梯度力矩平均值的方法估计h_manu，卸载前卫星处于三轴稳定状态，三轴所受重力梯度力矩均为0，机动θ_m角度后，仅俯仰轴受到重力梯度力矩作用，表达式为： 式中，表示重力梯度力矩在本体系俯仰轴的分量；根据机动前后的平均重力梯度力矩可以估算机动过程中积累的角动量，表达式为： 步骤四、根据h_{un_y}与h_manu求解卫星需要机动的角度θ_m； 步骤五、根据h_{un_y}、h_manu与步骤四所确定的θ_m，计算需要保持该角度的时间t_hold： 由于卫星完成卸载后需要机动为三轴稳定状态，因此卫星在保持θ_m运动时积累的角动量应满足关系 因此可以求解出卫星保持θ_m的时间t_hold为： 步骤六、确定保证卫星有足够角动量空间进行机动的卫星转动惯量分布形式： 其具体需要满足的关系式为： I_z□I_x    (8) 式中，符号□表示I_x远远大于I_z。