[发明专利]一种适应一箭多星发射的卫星构型设计方法

摘要

本发明涉及卫星研制领域，尤其涉及一种适应一箭多星发射的卫星构型设计方法。本发明针对低倾角轨道太阳角大范围变化的光照特点，将卫星梯形截面下底所对应的外表面改进为由三块板围成拱形作为固定太阳电池阵的安装面，对三块电池板夹角进行迭代优化方法。本发明本方法设计的卫星构型可等效为一段截面为梯形的棱柱体和两段截面为梯形的斜棱柱体组成，主要优点为：1、卫星无太阳翼展开驱动机构，降低了卫星重量，提高了卫星的可靠性；2、可以满足低斜角轨道长期对地三轴稳定运行的飞行任务。

主权项

1.一种适应一箭多星发射的卫星构型设计方法，其特征在于：根据低倾角轨道太阳角大范围变化的光照特点，将卫星梯形截面下底所对应的外表面改进为由至少三块板围成拱形作为固定太阳电池阵的安装面，所述三块板包括+Y电池板、‑Y电池板、‑Z电池板，所述三块板与底板相连，所述+Y电池板和所述‑Y电池板与‑Z电池板的夹角为α，所述+Y电池板和所述‑Y电池板形状的确定包括以下步骤：步骤1：确定卫星梯形截面最大包络的特征参数，运载整流罩内考虑安全距离后可用的包络空间为直径为D1和D2的两个圆之间的空间，卫星之间的安全距离要求为2S，卫星数为N，则卫星梯形截面最大包络的特征参数有下底D、上底d、高h及斜边与下底的夹角θ，关系如下：步骤2：根据卫星构型需要按式(1)先确定1‑2个参数，其它参数在满足包络范围和安全距离的要求下进行调整；步骤3：计算所述三块板上太阳电池阵的法向量在卫星本体坐标系下的分量，分别为：步骤4：计算在t时刻太阳矢量在卫星本体坐标系下的分量，卫星对地三轴稳定运行，其中，卫星姿态无偏差，轨道角速度为ω_o，轨道太阳角为β：步骤5：根据太阳电池阵的法向量和太阳矢量计算太阳电池阵的阳光入射角A为：步骤6：对+Y电池板、‑Y电池板和‑Z电池板可分布的太阳电池阵并联数分别为NY和NZ，有各太阳电池阵输出功率P分别为：其中P0为单串太阳电池阵在寿命初期的标称输出功率，η为太阳电池片在寿命末期的综合衰减系数；步骤7：计算太阳电池阵累计输出电量；由于卫星对地三轴稳定，地影区小于太阳电池阵无输出时间，因此有一个轨道周期为T内，其中T＝2π/ω_o，太阳电池阵平均输出功率为：步骤8：设整星的功率需求为W_min，在卫星轨道太阳角β的变化范围[‑B，B]内，以2N_Y+N_Z最小为目标，对α、N_Y和N_Z进行优化；步骤9：根据±Y电池板和‑Z电池板的夹角α、梯形上底长D和高h，确定±Y电池板的高和面积：步骤10：根据NY和NZ确定太阳电池阵的面积SPY和SPZ，设太阳电池阵的布片系数为85％，‑Z面需要面积S0安装其它设备，则卫星Y方向的尺寸为：步骤11：若S_PY/S_Y≤0.85，且卫星Y方向的尺寸L可以接受，则卫星初步构型可以确定；否则可以通过逐步增加N_Z，在卫星轨道太阳角β的变化范围[‑B，B]内，以N_Y最小为目标，对α、N_Y进行优化；直到S_PY/S_Y≤0.85且卫星Y方向的尺寸L可以接受，完成卫星初步构型的设计。