[发明专利]地球静止卫星推力器故障工况下轨道位置保持方法

摘要

本发明涉及一种地球静止卫星推力器故障工况下轨道位置保持方法，属于航空航天技术领域。本发明的目的是为了解决四个推力器中任意推力器发生故障的情况下无法保证卫星位置保持控制精度的问题。所述方法包括：计算下一轨道周期的轨道倾角漂移量和经度漂移量；计算卫星进行位置保持需要提供的速度增量；计算第三点火区域参数；根据所述每个电推力器需要提供的速度增量计算所述每个电推力器在各点火区域内的点火时长。与原有轨道位置保持方法相比，本发明可有效完成推力器故障工况下的轨道位置保持任务，抑制轨道偏心率的增加，保证轨道位置保持控制精度。

主权项

地球静止卫星推力器故障工况下轨道位置保持方法，具体步骤如下：步骤一、采用四个电推力器的布局，四个推力器分别为NW、NE、SW、SE；决定推力器推力方向的安装角为θ和α；当任意推力器发生故障时，当前轨道周期直至卫星运行到赤经0度，推力器不再进行位置保持任务；从下一轨道周期的赤经0度重新开始轨道位置保持，推力器在升交点、第三区域以及降交点处点火；步骤二、计算下一轨道周期的轨道倾角漂移量和经度漂移量；将所述下一轨道周期内预测的轨道倾角i_P和经度λ_P与任务要求的目标值作差，计算出倾角漂移量Δi和经度漂移量Δλ，所述倾角漂移量Δi和经度漂移量Δλ的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}i=i_P-i_T\\ \mathrm{\Δ}\mathrm{\λ}={\mathrm{\λ}}_P-{\mathrm{\λ}}_T\end{array}\right.$其中：所述i_T和所述λ_T分别为任务要求的轨道倾角及经度目标值；步骤三、计算卫星进行位置保持需要提供的速度增量；根据所述轨道倾角漂移量和所述经度漂移量计算卫星进行位置保持需要提供的法向速度增量ΔV_I和切向速度增量ΔV_T，所述法向速度增量ΔV_I和切向速度增量ΔV_T的计算公式为：其中：所述V_S为卫星在地球静止轨道上的飞行速度；步骤四、计算第三点火区域参数；根据电推力器布局，将所述法向速度增量ΔV_I和所述切向速度增量ΔV_T分配至两个推力器上，其分配公式为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_{T1}=\frac{1}{2}({\mathrm{\ΔV}}_{I}tan\mathrm{\θ}tan\mathrm{\α}+{\mathrm{\ΔV}}_T)\\ {\mathrm{\ΔV}}_{T2}=\frac{1}{2}({\mathrm{\ΔV}}_{I}tan\mathrm{\θ}tan\mathrm{\α}-{\mathrm{\ΔV}}_T)\end{array}\right.$其中：所述ΔV_T1为北面电推力器提供的切向速度增量，所述ΔV_T2为南面电推力器提供的切向速度增量；计算切向速度增量对轨道偏心率造成的偏心率变化量，其中，所述偏心率变化量的计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δe}}_X=\frac{2\left({\mathrm{\ΔV}}_{T1}+{\mathrm{\ΔV}}_{T2}\right)}{V_S}\\ {\mathrm{\Δe}}_Y=\frac{\left({\mathrm{\ΔV}}_{T1}-{\mathrm{\ΔV}}_{T2}\right)\·\cot \left(\mathrm{\α}\right)}{V_S}\end{array}\right.$其中：所述Δe_X和所述Δe_Y分别为所述偏心率变化量在地心惯性坐标系中X和Y方向的分量；根据所述偏心率变化量，计算第三点火区域参数，即第三点火区域与赤经0度或180度的夹角γ，以及第三点火区域内每个电推力器需要提供的速度增量ΔV_R：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\γ}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δe}}_Y}{{\mathrm{\Δe}}_X}\right)\\ {\mathrm{\ΔV}}_R=\frac{V_S}{2}\·\sqrt{{{\mathrm{\Δe}}_X}^2+{{\mathrm{\Δe}}_Y}^2}\end{array}\right.$步骤五、根据所述每个电推力器需要提供的速度增量计算所述每个电推力器在升交点、第三点火区域和降交点处的点火时长，所述点火时长T的计算公式为：$T=\frac{2}{{\mathrm{\ω}}_E}\mathrm{arc}sin\[\frac{{\mathrm{\ω}}_E}{2}\left(\frac{{\mathrm{m\ΔV}}_i}{Fcos\mathrm{\θ}\cos \mathrm{\α}}\right)\]$其中：所述ω_E为地球自转角速度，所述m为地球静止卫星质量，所述ΔV_i为电推力在不同点火区域需要提供的速度增量，所述F为电推力器推力大小。