[发明专利]一种基于时分复用方式的小卫星轨道控制方法

说明书

一种基于时分复用方式的小卫星轨道控制方法，涉及小卫星轨道控制领域，解决了现有小卫星轨道控制存在的成本高、效率低的问题。本发明包括：在小卫星下表面以对称斜装形式安装四个推力器，即第一推力器与第二推力器关于X轴对称且第三推力器与第四推力器关于X轴对称，第一推力器与第四推力器关于Y轴对称且第二推力器与第三推力器关于Y轴对称；四个推力器斜装角度范围均为‑55°～+55°，第一推力器和第二推力器的斜装角度大小和方向均相同，第三推力器和第四推力器的斜装角度大小和方向均相同；采用反作用动量轮控制小卫星的姿态，同时采用姿控脉冲量卸载整星角动量；以在轨标定方式修正控制系数。本发明成本低、节省资源、简单可靠。

技术领域

本发明涉及小卫星轨道控制技术领域，具体涉及一种基于时分复用方式的小卫星轨道控制方法。

背景技术

随着小卫星的发展越来越热，对它的轨道控制(简称轨控)问题亟需解决。卫星轨控的关键是要解决轨控推力器工作期间的姿态稳定问题。传统的大卫星上一般配置约10～16个姿控推力器用于轨控期间的姿态稳定，再加上2～4个轨控推力器，使得整个推进系统设计复杂、造价昂贵。而对于小卫星，其所需的推力较小，意味着它的推力器对精密加工的要求相比大推力的推力器更高，随之带来的经济成本也更高；另外，小卫星的表面积较小，星上布局有限，推力器的安装及其喷射出的气体羽流影响必须避开相机、数传测控天线、星敏感器、太阳帆板等有效载荷。因此，采用最少的推力器完成卫星的轨道控制是今后小卫星轨道控制发展的重要趋势。

对于传统大卫星，大卫星本身的造价昂贵，推力器的配置较多，星上布局空间较大，其配置方式并不适用于追求成本低廉和设计简化的小卫星。而对于微纳卫星，一般采用电推进(10μN～100mN量级)、MEMS推进等微推系统完成轨道控制，但其系统推力太小、效率太低，不能满足小卫星轨道控制需求。

目前大部分在轨小卫星不具备轨道控制能力，而少数具备轨控能力的小卫星一般采用轨控推力器+角动量较高的反作用动量轮来克服轨控过程中角动量积累，在实践中为了提高轨控能力对推力器的装配精度和喷口的机加工精度提出苛刻的要求，即便如此，依旧存在动量轮饱和的风险，轨控能力受限。

发明内容

为了解决现有小卫星轨道控制存在的成本高、效率低的问题，本发明提供一种基于时分复用方式的小卫星轨道控制方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种基于时分复用方式的小卫星轨道控制方法，包括以下步骤：

步骤一、四个推力器的安装和布局；

在小卫星下表面以对称斜装形式安装四个推力器，即第一推力器与第二推力器关于X轴对称且第三推力器与第四推力器也关于X轴对称，同时，第一推力器与第四推力器关于Y轴对称且第二推力器与第三推力器也关于Y轴对称；

四个推力器斜装角度范围均为-55°～+55°，所述第一推力器和第二推力器的斜装角度大小和方向均相同，所述第三推力器和第四推力器的斜装角度大小和方向均相同；

步骤二、利用时分复用方法完成小卫星的姿轨控；

采用反作用动量轮控制小卫星的姿态，同时采用姿控脉冲量卸载整星角动量；

四个推力器按照控制周期依次开启电磁阀，推力器的每一个姿控脉冲均包括轨控基准量时间To和姿控脉冲量时间Ta，每个控制周期更新姿控脉冲量时间Ta；所述控制周期大于To+Ta+Td，Td表示推力器关机响应时间；所述推力器关机响应时间Td与轨控基准量时间To均为固定值，对姿控脉冲量时间Ta进行限幅即可调节控制周期大小；

步骤三、以在轨标定方式修正控制系数；

小卫星的姿轨控结束后，记录四个推力器的工作时长和轨道变化量，以此来标定控制系数。