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原文传递一种利用转动机构的卫星角动量卸载方法

专利名称：	一种利用转动机构的卫星角动量卸载方法
摘要：	本发明涉及一种利用转动机构的卫星角动量卸载方法，属于航天器姿态控制技术领域。本发明解决了若卫星在轨工作中要求姿态对地，则现有方法不适用的技术问题。本发明的方法包括以下步骤：计算卫星转动机构角度引起的转动惯量变化；计算卫星姿态和惯量矩阵对重力梯度力矩的影响；利用惯性积对角动量进行卸载；以及转动机构角度规划。本发明的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，针对卫星角动量卸载问题，利用卫星转动惯量矩阵中的惯性积能够产生的重力梯度力矩的特性。根据卫星当前角动量，计算卫星转动惯量矩阵中期望的惯性积。进而计算得到转动机动的期望角度，从而完成对角动量的卸载。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	长光卫星技术股份有限公司
发明人：	胡建龙;韩霜雪;范林东;戴路
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-31T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202311117503.2
公开号：	CN117048854A
代理机构：	长春众邦菁华知识产权代理有限公司
代理人：	张伟
分类号：	B64G1/24;B;B64;B64G;B64G1;B64G1/24
申请人地址：	130000 吉林省长春市北湖科技开发区明溪路1299号
主权项：	1.一种利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：计算卫星转动机构角度引起的转动惯量变化；步骤二：计算卫星姿态和惯量矩阵对重力梯度力矩的影响；步骤三：利用惯性积对角动量进行卸载；步骤四：转动机构角度规划。 2.根据权利要求1所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，步骤一具体为：转动附件坐标系中，转动附件平动和转动耦合系数分别为Btran和Brot；计算得到卫星本体坐标系中转动附件的平动和转动耦合系数： Btrani＝TSiB·Btran Broti＝TSiB·Brot+LpiBtrani 其中，TSiB为转动附件i坐标系Oixiyizi到卫星本体坐标系Oxyz的转换矩阵，lpi为卫星质心O到帆板连接点的矢量，lpi＝[lpix,lpiy,lpiz]，Lpi为矢量lpi的叉乘矩阵，如下式：假设卫星上装有m个转动附件，则卫星的整星转动惯量矩阵为：其中，Ib为卫星本体转动惯量矩阵；假设转动附件的初始矩阵为TSiB0，且转动机构能够驱动转动附件绕X轴和Y轴转动，则 TSiB＝Rx(α)·Ry(β)·TSiB0 其中，Rx(α),Ry(β)分别为绕X轴和Y轴的基元旋转矩阵。 3.根据权利要求1所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，步骤二具体为：已知卫星的重力梯度力矩公式为：其中，rb是航天器轨道位置在本体坐标系的矢量；由于圆轨道的轨道角速度同时令/>则上式可以化简为：由于在卫星轨道坐标系中，从卫星指向地心的矢量ko＝[0 0 1]，因此k＝Cobko；其中，Cob为轨道系到本体系的转换矩阵，令：得：带入到梯度力矩公式中，得到： 4.根据权利要求3所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，假设卫星姿态滚转角俯仰角θ，且姿态角转序取3-2-1，则：舍去二阶以上小量得到梯度力矩为： 5.根据权利要求4所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，若假设卫星在轨运行中保持姿态三轴对地，则卫星的姿态滚转角俯仰角θ均为0；梯度力矩为： 6.根据权利要求1所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，步骤三具体为：假设卫星累计的角动量矢量为H，其中H分解为轨道平面内角动量Hp以及轨道平面外角动量Hn；在时间ΔT内卸载角动量Hn：惯性积Iyz产生沿着卫星轨道系X轴方向的重力梯度力矩，若卫星运行轨道为近圆轨道，则假设卫星从A点到B点始终保持惯性积Iyz，力矩在垂直于Hp方向产生的角动量会相互抵消，仅会产生沿着Hp方向的角动量；则卫星从A点到B点累计产生的角动量卸载量为： 7.根据权利要求6所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，在卸载极性方面，应使得卸载弧段AB中点位置产生的重力梯度力矩与-Hp一致，根据该重力梯度力矩方向确定惯性积Iyz的正负，且Iyz的绝对值越大其角动量卸载效率越高，若卫星经过B点后仍需继续进行角动量卸载，则此时应使得惯性积为-Iyz，以保证重力梯度力矩的极性。 8.根据权利要求1所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，步骤四具体为：根据当前的卫星角动量状态，通过步骤三计算得到期望的惯性积Ixz和Iyz，计算得到转动机构的期望角度α，β。 9.根据权利要求8所述的利用转动机构的卫星角动量卸载方法，其特征在于，步骤四具体为：确定卫星当前角动量；将角动量分解为轨道面内角动量和垂直于轨道面角动量；计算期望的惯量矩阵中的惯性积计算转动机构期望角度；转动机构驱动转动附件到期望角度。
所属类别：	发明专利