[发明专利]基于吸气式电推进的智能姿轨控系统

说明书

本发明公开了基于吸气式电推进的智能姿轨控系统，属于航天器姿态与轨道控制领域。本发明由大气吸收模块、智能调节模块、姿轨控制模块、能量供应模块、姿态执行模块和阻力补偿模块组成，通过吸收轨道空间的大气分子作为工质，然后通过智能调节模块针对实际工质流率需求调节工质供给以支撑姿态执行模块中的脉冲等离子体推力器进行姿态调整和阻力补偿模块中的霍尔推力器进行阻力补偿和轨道转移工作。系统周身附有太阳能板，通过吸收太阳能进行充电，以为系统中需要电能的各个部件提供电能。系统的优点在于可使卫星在少量甚至不携带工质的情况下，通过将吸收的大气作为工质以支撑各种推力器进行姿态调整和轨道转移任务，且通过智能调节避免工质浪费。

技术领域

本发明属于航天器姿态与轨道控制领域，具体涉及一种少携带甚至不携带工质，通过收集轨道大气作为工质，然后通过智能控制针对实际工质流率需求进行调节从而满足姿态调整和轨道转移需求的姿轨控系统。

背景技术

近年来，空间卫星的发射数量逐年递增，仅统计目前已经公布的发射计划，未来10年内将发射上万颗卫星。但空间轨道是有限的、不可再生的重要资源，考虑到空间轨道上的卫星数量越来越饱和，为了扩大卫星的运行范围，提高卫星的任务能力，对于低轨道空间(150-250km)资源的争夺将会是未来主导太空话语权的关键。

对于卫星而言，轨道高度越低，卫星发射成本越低、响应速度越快、仪器精度越高。但由于低轨道环境的特殊性和复杂性，卫星会因为稀薄大气阻力的原因，其在轨运行和变轨时的姿态会受到干扰力矩的扰动，因此我们需要对卫星本体施加控制力矩从而保持卫星姿态稳定在要求位置，这一系列工作通常由卫星姿轨控系统来完成。

将姿态控制系统按照控制力矩来源分类，可以分为被动控制系统和主动控制系统。被动控制系统主要用于低精度要求的小卫星中，而主动控制系统的姿态控制精度高，能够满足卫星在空间的各种任务需求。喷气式姿态控制系统是一种常用的主动控制系统，需要消耗燃料，其精度较高，灵活性大，快速性好，但由于卫星质量限制，携带燃料有限，因此这种控制系统不能长时间工作。

考虑到电推进技术可以使用气体为工质进行电离推进，为实现更长的工作寿命以及更高的有效载荷，可通过收集轨道大气作为工质，然后通过智能控制针对实际工质流量需求对工质供应进行调节，以达到在少携带甚至不携带工质的情况下在超低轨道完成姿态调整和轨道转移任务。

发明内容

针对卫星喷气式姿态控制系统由于卫星携带燃料有限，不能长时间工作问题，本发明提供了一种基于吸气式电推进，通过收集轨道大气作为工质，然后通过智能控制器对实际工质流率需求调节工质供应，在避免工质浪费的情况下完成姿态调整和轨道转移等任务的智能姿轨控系统。该发明可以实现150km-250km超低轨道范围内灵活机动，满足多种任务需求。

本发明的技术方案如下：

基于吸气式电推进的智能姿轨控系统，由大气吸收模块、智能调节模块、姿轨控制模块、能量供应模块、阻力补偿模块和姿态执行模块组成；

所述大气吸收模块用于将来流大气分子进行摄取吸收并进行初步压缩，其构型为抛物线型，前端入口为系统迎风部位，后端出口连接智能调节模块；

所述智能调节模块包括分子泵、压力计a、质量流量计a、工质储箱、智能控制器、流量泵、压力计b和质量流量计b；

所述分子泵用于使气体分子在刚体表面的运动方向上产生定向流动而被排出泵外，从而压缩气体；所述流量泵用于通过智能控制器对电动执行机构进行控制，通过电动执行机构控制调节阀的开度，从而实现流量调节；

所述智能控制器包括信号接受器、计算处理单元、信号发生器；所述信号接受器用于接受工质储箱入口的压力、质量流量信号，以及工质储箱出口的压力、质量流量信号，并将信号传递给计算处理单元，计算处理单元根据设定流量值和实际流量的差值给出控制信号，信号发生器对控制信号进行转换，进而将信号传递给流量泵和分子泵，从而实现对流量泵和分子泵的控制。