航天器在軌角動量演化及卸載策略研究

謝 軍, 劉新彥

北京控制工程研究所, 北京 100094

0 引 言

航天器在軌飛行,總要承受外擾力矩的影響,如果衛(wèi)星有角動量交換裝置,可以利用角動量裝置的角動量吸收能力而保持姿態(tài)穩(wěn)定,干擾角動量積累到一定程度,使用外力矩進行卸載,保障角動量裝置能持續(xù)對衛(wèi)星有效控制.對于不能提供角動量容量的歐拉軸,干擾力矩角動量的累積就直接表現(xiàn)為衛(wèi)星的姿態(tài)運動,需要及時卸載[1-2].對于地球靜止軌道衛(wèi)星,由于磁場較弱,除對軌道預報精度要求較高的衛(wèi)星外,一般使用推力器卸載角動量[3-7].在衛(wèi)星的角動量測量上,角動量總是直觀地體現(xiàn)在本體上的分量,但從卸載的意義上來說,需要盡量容忍角動量在慣性空間上的交變量,卸載掉慣性累積量,這樣能夠達到卸載次數(shù)少,節(jié)省推進劑;同時又有效地提高了推力器的工作壽命.本文研究了外擾力矩累計結果在整星上的表現(xiàn),針對衛(wèi)星的角動量累計特點,給出了卸載檻值和卸載量的定量公式.根據(jù)一些在軌衛(wèi)星非正常卸載情況的分析結果,提出了解決措施,并在軌進行了實施,驗證了論文觀點的正確性.

1 衛(wèi)星角動量的演化特點

地球靜止軌道衛(wèi)星主要的外干擾力矩是太陽光壓干擾力矩.這類衛(wèi)星通常具有較大面積的外伸固連天線、不對稱帆板等,太陽光壓干擾力矩的累積量是不容忽略的.對于具有較大慣性積的不對稱質(zhì)量特性衛(wèi)星,其重力梯度干擾力矩造成的角動……