[发明专利]一种地球静止轨道卫星电推力器及其布局优化方法

说明书

本发明公开的一种地球静止轨道卫星电推力器及其布局优化方法，属于航天器分系统优化领域。本发明的一种地球静止轨道卫星电推力器，包括电推力器和矢量调节机构。本发明的一种地球静止轨道卫星电推力器布局优化方法，建立卫星静止轨道摄动运动模型；建立用于位置保持策略的电推力器布局，计算各推力器推力矢量沿三轴的投影系数；定制位置保持策略；建立推力器布局优化模型，通过优化求解得到每个小控周期的最优推力器布局方案；对每个小控周期进行推力器布局优化，即得到整个位置保持周期推力器布局的最优方案。本发明能够提高推力器产生推力的南北分量系数，进而提高位置保持效率，减少卫星位置保持所需的燃料消耗。

技术领域

本发明涉及一种电推力器及其布局优化方法，属于航天器分系统优化领域。

背景技术

地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星在轨运行时会受到地球非球形、第三体引力和太阳光压等摄动因素，使其逐渐偏离标称轨道。因此，GEO卫星在轨工作期间需要进行位置保持操作。电推进系统具有比冲高、推力小等特点，基于电推进系统的位保可有效减少燃料消耗并提高位保精度，近年来受到广泛应用。

电推进GEO卫星在位保期间，南北位保所消耗的燃料占整个位保过程所消耗燃料的80％以上，因此，电推力器产生的推力沿南北方向的分量系数是评价位保效率的重要指标。然而，对于传统的电推力器，通常安装在卫星的背地板上，由于电推力器安装位置以及卫星尺寸的约束，以及在轨期间电推力器工作位置无法调整等缺陷，推力南北分量系数被限制在一定范围内。因此，为克服上述缺陷，本工作提出了一种新型电推力器模型(矢量调节机构驱动的电推力器模型)，即把推力器装在矢量调节机构的末端，驱动矢量调节机构调整推力器的位置和姿态。通过对此新型电推力器进行布局设计优化，可进一步提高南北分量系数，提高位保效率，进而减少燃料消耗。

目前，国内外还未有学者开展新型GEO卫星电推力器布局设计优化方法研究。

发明内容

本发明公开的一种地球静止轨道卫星电推力器及其布局优化方法要解决的技术问题为：提出一种用于卫星位置保持的地球静止轨道卫星电推力器，通过对卫星电推力器布局优化，提高推力器产生推力的南北分量系数，进而提高位置保持效率，减少卫星位置保持所需的燃料消耗。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种地球静止轨道卫星电推力器，包括电推力器和矢量调节机构，所述矢量调节机构为具有四个及以上自由度的矢量调节机构。所述矢量调节机构数量为两个及以上，形成矢量调节机构组。所述电推力器数量与矢量调节机构数量相同，电推力器安装在矢量调节机构末端。所述矢量调节机构安装在卫星背地板上，安装位置需保证矢量调节机构组驱动相应电推力器产生用于位置保持所需的速度增量。通过驱动矢量调节机构运动调整推力器的位置和姿态，正常工作时，推力器指向卫星质心。

作为优选，矢量调节机构数量为两个。

作为优选，所述矢量调节机构为具有四个自由度的矢量调节机构。

现有技术中由于电推力器安装位置以及卫星尺寸的约束，以及在轨期间电推力器工作位置无法调整等缺陷，推力南北分量系数被限制在一定范围内。本发明公开的一种地球静止轨道卫星电推力器能够提高推力器产生推力的南北分量系数，进而提高位置保持效率，减少卫星位置保持所需的燃料消耗。