交通工具姿态控制的制作方法

通常在低重力环境中交通工具的总体姿态控制通过使用例如推进、控制力矩陀螺仪、反作用轮和动量轮平台来获得。使用推进的姿态控制导致了粗糙的控制，其一般不适于通过高横向角加速度定位具有精确指向系统的车辆，该高横向角加速度用于在小角度的观测场(例如，感兴趣区域)内的点之间移动精确指向系统并且然后以减小的敏捷度在高达三个轴线上使精确指向系统移动通过大角度，从而在另一个感兴趣区域内重新定位并且重新定向交通工具。控制力矩陀螺仪是敏捷的并且提供有效的转矩和动量，但是控制力矩陀螺仪是昂贵的。反作用轮在三个轴线上提供均匀的控制，并且可以在单一轴线上被有效地偏置。但是，反作用轮需要大量的动力来操作。此外，当需要多个反作用轮以满足在两个轴线上的高转矩和动量需求时，增加反作用轮的数量被视为在用于锥体/金字塔(pyramid)构型时提供了减小的回复力(return)。具有多达两个自由度(例如，翻转(tip)/倾斜运动)的动量轮平台提供了在两个轴线上的高加速度，但是它们的动量存储受到平台的角行程和轮尺寸限制。技术实现要素：因此，旨在解决上述顾虑的系统和方法将会发现是有用的。本公开的一个示例涉及双级交通工具姿态控制系统，其包括第一姿态控制模块、第二姿态控制模块以及控制器，所述第一姿态控制模块具有被布置以提供零动量交通工具姿态控制的至少两个动量轮，每个动量轮包括有限行程两轴万向节，所述第二姿态控制模块具有以锥体构型布置的反作用轮以沿着与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制，所述控制器被连接到第一姿态控制模块和第二姿态控制模块，所述控制器被配置为协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以使交通工具在交通工具的三个轴线中的至少一个轴线上旋转。本公开的一个实施例涉及控制交通工具的姿态的方法。该方法包括控制第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动，以使交通工具在交通工具的三个轴线中的至少一个轴线上旋转，其中控制第一姿态控制模块的致动包括利用有限行程两轴万向节使每个动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转，并且其中第一姿态控制模块是以第一敏捷度水平提供零动量交通工具姿态控制的动量轮模块，并且第二姿态控制模块是以第二敏捷度水平沿着与动量轮模块的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制的锥体反作用轮模块，其中第一敏捷度水平大于第二敏捷度水平。本公开的一个示例涉及双级交通工具姿态控制系统，其包括第一姿态控制模块、第二姿态控制模块以及控制器，该第一姿态控制模块具有被布置以提供零动量交通工具姿态控制的至少两个动量轮，每个动量轮包括使动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转的有限行程两轴万向节，该第二姿态控制模块具有以锥体构型布置的反作用轮，用以沿着与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴提供交通工具姿态控制，该控制器被连接到第一姿态控制模块和第二姿态控制模块，该控制器被配置为协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以使交通工具在交通工具的三个轴线中的至少一个轴线上旋转，从而至少两个动量轮提供零动量操纵增量给反作用轮。附图说明因此已经概括地描述了本公开的示例，现在将参考附图，附图没必要按比例绘制，并且其中类似的参考标记指定几个附图中相同或类似的零件，并且其中：图1是根据本公开的一个方面的双敏捷度姿态控制系统的框图；图2是根据本公开的一个方面的包含双敏捷度姿态控制系统的交通工具的示意图；图3A和图3B是根据本公开的一个方面的双敏捷度姿态控制系统的一部分的示意图；图4是根据本公开的一个方面的双敏捷度姿态控制系统的示意图；图5是根据本公开的一个方面的双敏捷度姿态控制系统的分级控制方案的示意图；图6是根据本公开的一个方面的图5的分级控制方案的一部分的示意图；图7是根据本公开的一个方面用于双敏捷度姿态控制系统的控制方法的示意图；图8是根据本公开的一个方面的方法的流程图；图9是航天器生产和维护方法的流程图；以及图10是包含分布式交通工具系统的航天器的示意图。在上述(多个)框图中，连接各种元件和/或部件的实线(如果存在)可以表示机械、电气、流体、光、电磁以及其他耦合件和/或其组合。如本文所用，“耦合”意指直接相关和间接相关。例如，构件A可以与构件B直接相关联，或者可以经由另一构件C与构件B间接相关联。除了框图中描绘的那些耦合件之外的耦合件也可以存在。连接不同元件和/或部件的虚线(如果存在)表示在功能和目的方面与实线表示的耦合件类似的耦合件；但是，用虚线表示的耦合件可以被选择性地提供，或者可以涉及本公开的可替换或可选方面。同样，用虚线表示的元件和/或部件(如果存在)指示本公开的可替换或可选方面。环境元件(如果存在)用点线表示。在上述(多个)框图中，方框可以表示操作和/或其一些部分。连接不同方框的线不暗示操作或其一些部分的任何特定的顺序或依赖性。具体实施方式在以下描述中，多个具体细节被阐明以提供公开构思的全面理解，这些公开构思可以在没有一些或全部细节的情况下被实践。在其他的实例中，已知设备和/或过程的细节已经被省略以避免不必要地模糊本公开。虽然一些构思将结合具体示例来描述，但是将认识到这些示例不旨在进行限制。在此对“一个示例”或“一个方面”的引用意味着结合示例或方面所描述的一个或多个特征、结构或特性被包含在至少一个实施方式内。在说明书中不同位置处的短语“一个示例”或“一个方面”可以指代或可以不指代同一个示例或方面。除非另外说明，术语“第一”、“第二”、“第三”等在此仅用作标记，并且不旨在对这些术语所指代的项目施加顺序、方位或等级要求。而且，对例如“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或更低编号的项目和/或例如“第三”或更高编号的项目。参考图1和图2，本文所描述的本发明的各个方面提供了双敏捷度姿态控制系统110，也被表示为双级交通工具姿态控制系统110，其允许对例如具有在低重力环境内操作的精确指向系统的交通工具的交通工具100进行姿态控制，所述交通工具100要求高横向角加速度或高敏捷度以在小角度的观测场内(例如，第一感兴趣区域200)在点P1-P3之间移动，并且然后以减小的敏捷度在高达三个轴线上移动通过大角度以便在具有小角度的观测场的另一感兴趣区域210(例如，不同于第一感兴趣区域的第二感兴趣区域)中内重新定位和重新定向交通工具100，以便观测另一感兴趣区域210内的一个或多个点P4-P6。参考图1，双敏捷度姿态控制系统100的各方面提供了组合式或双敏捷度指向系统，其组合了反作用轮阵列和两个或多个动量轮平台以提供控制力矩陀螺仪的成本有效的替代物。例如，通过权衡锥体构型中的反作用轮和动量轮平台的零动量操纵系统的优点和局限性，所提供的姿态控制系统要求比具有相同数量的交通工具运动自由度的常规姿态控制系统更少的平均功率和更少的动量存储设备。双敏捷度姿态控制系统100包括例如第一姿态控制模块120、第二姿态控制模块130以及通过有线或无线连接被连接到第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130的控制器模块140。控制器模块140包含至少一个处理器141和至少一个存储器142，所述存储器142用非临时编程来配置以便以本文描述的方式控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130。例如，控制器模块140被配置为协调第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130的致动以使交通工具在交通工具100的三个轴线X、Y、Z中的至少一个轴线中旋转。在一个方面，控制器模块140与交通工具100控制器101集成在一起，而在其他方面，控制器模块140是交通工具100控制器101的子系统，其接收来自控制器101的导航/指向命令以便如本文所描述的那样改变交通工具100的姿态。第一姿态控制模块120是无推进物姿态控制模块，其包括具有两个或更多个动量轮平台121A-121n的动量轮组件129。动量轮平台121中的每一个包括安装到万向节平台126的动量轮125和用于确定动量轮的旋转速度和万向节平台126的角位置的两个或更多个传感器127。万向节平台126包含基座部分300和枢转地安装到基座部分300的可移动部分310，使得可移动部分310相对于基座部分300沿着X轴和Y轴翻转和倾斜。在一个方面，翻转和倾斜运动是例如枢转或旋转运动。在一个方面，基座部分300和可移动部分310形成了例如两轴万向节。在其他方面，两轴万向节平台126具有提供例如X轴和Y轴两者的独立控制的任何构型。在一个方面，万向节的X轴和Y轴分别对应于交通工具坐标系VC的X轴和Y轴(图2和图4)，而在其他方面，万向节的坐标系处于已知的空间取向，但是不同于交通工具100的坐标系VC。基座部分包括致动器315X、315Y，用于沿着X轴和Y轴中的一个相应轴线枢转可移动部分310以控制可移动部分310的角位置θ、可移动部分310沿X轴和Y轴的运动ωx、ωy的角速率以及可移动部分沿X轴和Y轴的加速度。应当注意，万向节平台126沿X轴和Y轴的行程量受限于万向节平台126的相应致动器315X、315Y的行程量或运动量和/或受限于万向节平台126的限制结构，例如基座300或安装到基座300或从基座300突出的止动件。在一个方面，万向节平台126的行程量具有例如围绕相应轴线的有限旋转，其中万向节平台被约束免于围绕X轴和Y轴的不受限旋转。在一个方面，致动器315X、315Y为万向节平台提供沿X轴和Y轴的高达约10°的枢转或旋转运动，而在其他方面，致动器315X、315Y为万向节平台提供超过约10°的枢转或旋转运动。在其他方面，万向节平台沿X轴的枢转运动量不同于万向节平台沿Y轴的枢转运动量。致动器315X、315Y沿每个轴线X、Y的尺寸或功率取决于例如由交叉轴线致动器315X、315Y生成的转矩。例如，要求有沿X轴的转矩以生成沿X轴的运动ωx的角速率，这导致了交叉轴线Y轴转矩(参见本文等式2)。交叉轴线致动器(其在该示例中是Y轴致动器)被确定尺寸以抵抗交叉轴线Y轴转矩。类似地，要求有沿Y轴的转矩以生成沿Y轴的运动ωy的角速率，这导致了交叉轴线X轴转矩(参见本文等式1)。交叉轴线致动器(其在该示例中是X轴致动器)被确定尺寸以抵抗交叉轴线X轴转矩。在一个方面，致动器315X、315Y被确定尺寸以提供等于万向节平台126的角速度矢量和动量轮125的角动量矢量H的叉积的转矩水平。在一个方面，致动器315X、315Y是语音线圈/线性致动器，而在其他方面，致动器315X、315Y是有限行程旋转致动器，例如齿轮驱动直流致动器(例如，齿轮式旋转驱动器)、滚珠螺旋致动器、步进马达致动器或能够沿着相应X轴和Y轴枢转可移动部分310的其他线性/旋转驱动系统。可移动部分310包括驱动马达330，动量轮125被安装到驱动马达330以围绕Z轴旋转。由每个动量轮125施加在交通工具100上的沿X轴和Y轴的转矩Tx、Ty可以由通过以下等式限定，其为了清楚起见忽略了二阶项：Tx＝ωyXH[1]其中H是相应动量轮125的角动量矢量。从上述等式可以看出，由每个动量轮125施加在交通工具100上的转矩是运动ωx、ωy的万向节平台126角速率的函数。还参考图3B和图4，在一个方面，两个动量轮平台121A、121B以背靠背构形布置在交通工具100内以便提供。在一个方面，背靠背构形是例如沿着交通工具100的公用轴线(如Z轴)彼此并排或成一直线。在一个方面，净零动量是当动量轮处于标称万向节角度θ时两个动量轮平台121A、121B的角动量矢量H相等且相反并且被布置成与例如交通工具的Z轴平行的情况。在其他方面，超过两个动量轮平台121A-121n被布置在交通工具100内以提供净零动量，其中动量轮平台以相反成对的方式对准，以使得每对沿着相对于交通工具框架旋转的任一轴线对准，但是该对自身内的每个动量轮平台彼此对准。对于动量轮平台121A-121n(例如两个动量轮平台121A-121B)的相等且相反的速率，施加在车辆100上的转矩Tx、Ty变成：其中净动量矢量为：在图4所示的构型中(例如，两个动量轮平台121A、121B以背靠背的构型布置在交通工具100内)，两个动量轮121A、121B提供沿着X轴和Y轴的高转矩。但是，通过动量轮平台121A-121n的空间位置变化诱发交通工具100的动量变化的动量轮平台121A-121n的动量能力被万向节平台126的角行程(例如角度θ)限制。参考图1和图4，第二姿态控制模块130是无推进物姿态控制模块，其包含反作用轮组件131。反作用轮组件131包含一个或多个反作用轮132A-132m和被配置为确定每个反作用轮132A-132m的旋转速率的一个或多个传感器135。在一个方面，反作用轮组件131包含四个反作用轮132A-132D，但在其他方面，反作用轮组件131包含多于或少于四个反作用轮。在一个方面，反作用轮132A-132m的数量不同于动量轮121A-121n的数量，而在其他方面，在采用多对动量轮121A-121n的情况下，反作用轮132A-132m的数量可以等于动量轮121A-121n的数量。在这方面，反作用轮132A-132D在交通工具100内被定向为使得反作用轮132A-132D的轴线和转矩矢量T1-T4朝向反作用轮组件坐标系RWC的Z轴翻转或成一角度，在一个方面，该反作用轮组件坐标系RWC与交通工具坐标系VC是一致的。由反作用轮组件131沿着Z轴施加的转矩取决于相应的反作用轮132A-132D朝向Z轴翻转的角度α。沿着反作用轮组件坐标系RWC(以及交通工具100，其中交通工具坐标系VC与反作用轮组件坐标系RWC一致)的X轴和Y轴的转矩对反作用轮组件较不敏感，因为由反作用轮组件131施加在交通工具100上的增益由X轴和Y轴两者共享。在一个方面，对于扫描单个轴线的双敏捷度姿态控制系统110，反作用轮协调系统RWC的Z轴用交通工具100的扫描轴线(例如，Z轴)来定向，并且反作用轮132A-132m的尺寸和数量以及它们的角度α基于例如交通工具110的敏捷度要求来确定。对于在多于一个轴线上扫描(例如在两个轴线上扫描)的双敏捷度姿态控制系统110，反作用轮组件131的X轴和Y轴沿着交通工具100的扫描轴线布置，并且反作用轮132A-132m的尺寸和数量以及它们的角度α基于例如交通工具110的敏捷度要求来确定。再次参考图1和图2，根据所公开实施例的一个方面，第一姿态控制模块120被设定尺寸以在第一感兴趣区域200、第二感兴趣区域210、……、第n个感兴趣区域内(例如，为了在小角度观测场内的点P1-P3、P4-P6之间移动车辆而要求高横向角加速度/高敏捷度的区域)提供交通工具100的预定加速度。在一个方面，第二姿态控制模块130被设定尺寸以便提供交通工具100在设置于第一感兴趣区域200、第二感兴趣区域210、……、第n个感兴趣区域之间的适中敏捷度区域内的预定加速度，以便以减小的敏捷度在多达三个轴线上移动交通工具100通过大角度，从而在感兴趣区域200、210之间重新定位并重新定向交通工具100。如上所述，在一个方面，反作用轮组件131在交通工具100内被定向以使得反作用轮坐标系RWC的Z轴与交通工具坐标系VC一致(或者，例如动量轮125自旋时所沿着的轴线)，其中反作用轮组件131满足用于在感兴趣区域200、210之间重新定向交通工具100的交通工具100的预定敏捷度，并且反作用轮组件131的横向速率能力减小了对万向节平台126的大角度行程的需要。虽然如本文所述在一个方面通过第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130的独立操作来控制交通工具100，但是在其他方面，第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130被同时操作以控制交通工具100。例如，第二姿态控制模块130一般具有比第一姿态控制模块120更低的横向加速度能力，但是第二姿态控制模块130通常足够大以提供除了第一姿态控制模块120提供的有益横向加速度之外的有益横向加速度。在一个方面，第一姿态控制模块的高敏捷度万向节平台126提供高加速度，但是在一个方面，在实现最大运动速率时第二姿态控制模块130提供更好的性能。作为一个示例，第一姿态控制模块120被单独使用或者与第二姿态控制模块130组合使用以用于交通工具100的加速度限制的扭转或运动，其中没有实现最大运动速率。在一个方面，第二姿态控制模块130独自或结合第一姿态控制模块120提供沿着垂直于两个万向节平台轴线的轴线的适中敏捷度(加速度)。在一个方面，只要角度α(见图5)不是90°，则为垂直轴线进行尺寸设计的第二姿态控制模块130就提供沿万向节平台126的两个轴线(例如在该示例中是X轴和Y轴)的剩余控制能力。在一个方面，第一姿态控制模块120提供沿着万向节平台126的两个轴线的敏捷度(例如加速度)能力，而第二姿态控制模块130在万向节平台126的两个轴线上的剩余控制能力减小了对第一姿态控制模块120的姿态控制要求。在第一姿态控制模块120包含动量轮平台并且动量轮轴线沿着例如交通工具的Z轴(或任一其他轴线)对准的一个方面，第二姿态控制模块130被设定尺寸以提供交通工具沿着Z轴或例如动量轮对准的轴线的必要敏捷度。参考图1和图4-8，控制器模块140被配置为例如在例如控制器101的命令700下或者由远程陆基控制通过第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130的组合来控制交通工具100(图8，方框800)。控制器模块140控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130以沿着交通工具100的三个轴线X、Y、Z中的至少一个轴线旋转或定向交通工具100。在一个方面，命令交通工具转矩τxcmd、τycmd、τzcmd由控制器模块140的处理器141根据来自控制器101的命令700生成(图8，方框810)。控制器模块140根据分级分布法则/方案来控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130，其中到各个致动器(例如，各个反作用轮132A-132m和各个动量轮平台121A-121n)的命令交通工具转矩τxcmd、τycmd、τzcmd的转矩分布710是分级的(图8，方框820)。例如，控制器模块140提供第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130之间的命令交通工具转矩τxcmd、τycmd、τzcmd的时变分布。这种时变分布是依赖应用的，其中例如在一个方面，第一姿态控制模块120优先用于上述小角度高敏捷度区域(例如，第一姿态控制模块120相对于第二姿态控制模块130提供更高的交通工具加速度以将交通工具100加速到最大预定速率或以便重新定向)。在一个方面，对于反作用轮组件131交通工具转矩子分布，控制器模块140将命令交通工具转矩Tcmd(包含转矩分量τxcmd、τycmd、τzcmd)分配给每个反作用轮作为例如反作用轮转矩命令τRWA1、τRWA2、……τRWAn。在一个方面，控制器模块140使用例如恒定最小欧几里得范数L2分布和零空间操纵(例如，其中交通工具100上没有净控制转矩)和最大值范数L∞动量包络面从属分布的最小化中的一个或多个来分配命令交通工具转矩Tcmd以产生预定净反作用轮应用转矩TRWA(包含分量τxcmd、τycmd、ττzcmd)。示例反作用轮系统被描述在Markley等人，MaximumTorqueandMomentumEnvelopesforReactionWheelArrays，AIAAGuidance，Navigation，andControlConference10-13August2009，Chicago，Illinois中。在其他方面，反作用轮组件131交通工具转矩子分布可以以任何预定方式提供。在一个方面，对于动量轮组件129交通工具转矩子分布，控制器模块140将命令交通工具转矩Tcmd分配成用于每对动量轮平台121A-121n的速率命令例如，在存在两个动量轮平台121A、121B时，控制器模块140将命令交通工具转矩Tcmd分配成两个(例如，每个动量轮平台一个)两轴万向节角速率命令。在一个方面，参考图6，命令交通工具转矩Tcmd由如下公式定义，例如：TxTyTz=02cosθ2H-2cosθ1Hcosθ2H2sinθ1Hsinθ2H00θ·1θ·2---[6]]]>由此速率命令可以确定如下：θ·1θ·2=02cosθ2H-2cosθ1Hcosθ2H2sinθ1Hsinθ2H-1TxTy---[7]]]>在一个方面，应注意到，在等式[6]和[7]中每个万向节平台126的角度θ1是相等且相反的。类似地，应注意到，在等式[6]和[7]中每个万向节平台126的角度θ2是相等且相反的。在其他方面，角度θ1和θ2可以分别是相互不同的。应注意到，在此提供的等式是示例性的，并且在不偏离本发明的各个方面的情况下，等式[6]和[7]中的转矩/速率命令可以用类似的等式以类似的方式推导出。在一个方面，每个万向节平台126包含将两轴万向节角速率命令转换成两轴万向节转矩命令的控制器126C，所述两轴万向节转矩命令随后被转换成等同的万向节平台126致动器315X、315Y力F1、F2、F3、F4以便生成净动量轮应用转矩TMWA(包含分量τxMWA、τyMWA、τzMWA)。仍然参考图1和图4-7，净反作用轮应用转矩TRWA和净动量轮应用转矩TMWA被加到一起以产生应用交通工具转矩T(包含分量τx、τy、τz)(图8、方框830)，所述应用交通工具转矩T被应用到交通工具100时(图8，方框840)产生交通工具运动速率和交通工具姿态变化。在一个方面，动量轮组件129提供零动量操纵增量给锥体反作用轮组件131。例如，在一个方面，动量轮组件129被确定尺寸以针对给定的交通工具运动速率向由反作用轮组件131提供的操纵提供最大化增量，与自身提供给定的交通工具运动速率的反作用轮组件相比，该尺寸允许更小的反作用轮组件131。在其他方面，与自身提供给定的交通工具运动速率的反作用轮组件相比，动量轮组件129被设定尺寸以针对给定的反作用轮组件131构型(例如，反作用轮的尺寸、布置和/或数量)提供最大化的交通工具运动速率。在另一方面，控制器101和控制器模块140中的一个或多个控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130，以使反作用轮组件131内积累的动量被动量轮组件129稀释(如，吸收)，从而当反作用轮自旋的角速度处于或接近最大速度时允许反作用轮自旋的角速度被减小。在一个方面，动量轮组件129可以用作动量存储设备，其中动量可以被转移到交通工具以及从交通工具转移。在其他方面，动量也可以被转移到反作用轮组件131以及从反作用轮组件131转移。在一个方面，交通工具100包含用于感测和估计交通工具运动速率以及交通工具姿态的一个或多个姿态传感器715。在一个方面，一个或多个姿态传感器715包含用于估计交通工具运动速率和交通工具姿态的处理器701，而在其他方面，控制器101和控制器模块140中的一个或多个从用于估计交通工具运动速率和交通工具姿态的传感器接收信号。控制器101和控制器模块140(例如，控制器模块140的处理器141)中的一个或多个接收传感器信号或者估计的交通工具运动速率和交通工具姿态以便例如在控制环路内进一步生成转矩命令，直到交通工具100达到期望的运动速率和/或交通工具姿态。为了生成期望的运动速率和/或将交通工具100定位在预定的姿态，控制器模块140在一个方面组合地控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130。在另一方面，控制器模块140独立地控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130，而在另外其他方面，控制器模块140以预定的次序控制第一姿态控制模块120和第二姿态控制模块130。本公开和附图描述了(多种)操作方法，在此所述的操作方法不应被解释为必然确定了执行所述操作的次序。相反，虽然指示了一个说明性顺序，但是应该理解在适当的时候操作次序可以被修改。因此，某些操作可以按不同的顺序执行或同时执行。此外，在本公开的一些方面，不需要执行在此描述的所有操作。本公开的示例可以在图9所示的航天器制造和维护方法900以及图10所示的航天器1002的背景中描述。在预生产过程中，说明性方法900可以包括航天器1002的规格和设计904以及材料采购906。在生产过程中，进行航天器1102的部件和子组件制造908以及系统集成910。其后，航天器1002可以经过认证和交付912，以便投入使用914。当被客户使用时，航天器1002可以定期进行例行维修和维护916(其也可以包括修改、重新配置、翻新等等)。说明性方法900的每一个过程可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，客户)执行或实施。出于本说明书的目的，系统集成商可以包括但不局限于任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不局限于任何数量的销售商、分包商和供应商；并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。如图10所示，通过说明性方法900生产的航天器1002可以包括具有多个高级系统和内部1022的机身1018。分布于整个航天器的高级系统的示例包括推进系统1024、电力系统1026、液压系统1028以及环境系统1030中的一个或多个。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航天示例，但本发明的原理可以应用于其它行业，如海运业。可以在制造和维护方法900的任何一个或多个阶段中采用本文示出或描述的系统和方法。例如，可以以类似于在航天器1002使用时生产部件或子组件的方式，加工或制造对应于部件和子组件制造908的部件或子组件。另外，例如，通过大大地加速航天器1002的组装或降低航天器1002的成本，可以在生产状态908和910期间利用系统、方法或其组合的一个或多个方面。类似地，例如但不限于当航天器1002投入使用时，例如，运行、维修和维护1116时，可以利用系统或方法实施方式或其组合的一个或多个方面。进一步地，本公开包括根据以下条款所述的示例：条款1.一种双级交通工具姿态控制系统，其包括：第一姿态控制模块，其具有被布置以提供零动量交通工具姿态控制的至少两个动量轮，每个动量轮包括使所述动量轮沿着所述交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转的有限行程两轴万向节；第二姿态控制模块，其具有以锥体构型布置的反作用轮以沿着与所述至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制；以及控制器，其被连接到所述第一姿态控制模块和所述第二姿态控制模块，所述控制器被配置为协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以使交通工具在交通工具的三个轴线中的至少一个轴线上旋转。条款2.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述控制器被配置为组合地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。条款3.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述控制器被配置为独立地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。条款4.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述控制器被配置为以预定次序致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。条款5.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中至少两个动量轮被布置成沿着交通工具的三个轴线中的至少两个轴线提供零动量交通工具姿态控制。条款6.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述的有限行程两轴万向节包括至少两个致动器、动量轮平台和基座，所述动量轮被安装到所述动量轮平台并且所述至少两个致动器提供所述动量轮平台与所述基座之间的相对运动，所述行程受限万向节的行程被所述至少两个致动器的行程量和所述基座的限制结构中的一个或多个限制。条款7.根据条款6所述的双级交通工具姿态控制系统，其中至少两个致动器被设定尺度根据大小设计以提供基本等于有限行程两轴万向节的角速度矢量和动量轮的角动量矢量的叉积的转矩水平。条款8.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中至少两个动量轮中的每个动量轮的角动量矢量被沿着交通工具的共用轴线布置，并且所述锥体构型通过朝向交通工具的共用轴线翻转的所述反作用轮来定向。条款9.根据条款1所述的双级交通工具姿态控制系统，其中与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线是交通工具的扫描轴线。条款10.一种用于控制交通工具的姿态的方法，所述方法包括：控制第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以使交通工具在交通工具的三个轴线中的至少一个轴线上旋转，其中控制第一姿态控制模块的致动包含使用有限行程两轴万向节使每个动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转；并且其中第一姿态控制模块是以第一敏捷度水平提供零动量交通工具姿态控制的动量轮模块并且第二姿态控制模块是以第二敏捷度水平沿着与动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制的锥体反作用轮模块，其中第一敏捷度水平大于第二敏捷度水平。条款11.根据条款10所述的方法，其中根据定向所述交通工具所需要的预定角加速度速率来分级协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动。条款12.根据条款10所述的方法，其中第一姿态控制模块和第二姿态控制模块被组合地控制。条款13.根据条款10所述的方法，其中第一姿态控制模块和第二姿态控制模块被独立地控制。条款14.根据条款10所述的方法，其中第一姿态控制模块和第二姿态控制模块被以预定次序控制。条款15.根据条款10所述的方法，其中动量轮模块中的每个动量轮的角动量矢量沿着交通工具的扫描轴线布置，并且锥体反作用轮模块中的每个反作用轮朝向交通工具的扫描轴线翻转。条款16.根据条款10所述的方法，其中控制第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动实现第一角加速度水平以在第一角度观测场内的点之间移动交通工具，并且实现第二角加速度水平以将交通工具定向到不同于第一角度观测场的第二角度观测场，其中第二角加速度水平小于第一角加速度水平。条款17.根据条款16所述的方法，其中所述第二角加速度水平提供交通工具的多达三个轴向运动，并且第一角加速度水平提供交通工具的两个轴向运动。条款18.一种双级交通工具姿态控制系统，其包括：第一姿态控制模块，其具有被布置以提供零动量交通工具姿态控制的至少两个动量轮，每个动量轮包括使动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转的有限行程两轴万向节；第二姿态控制模块，其具有以锥体构型布置的反作用轮以沿着与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制；以及控制器，其被连接到第一姿态控制模块和第二姿态控制模块，所述控制器被配置为协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以便使交通工具在交通工具的三个轴线中的至少一个轴线上旋转，从而所述至少两个动量轮提供零动量操纵增量给反作用轮。条款19.根据条款18所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述控制器被配置为组合地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。条款20.根据条款18所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述控制器被配置为独立地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。条款21.根据条款18所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述控制器被配置为以预定次序致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。条款22.根据条款18所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述有限行程两轴万向节包括至少两个致动器、动量轮平台以及基座，所述动量轮被安装到动量轮基座并且所述至少两个致动器提供动量轮平台与基座之间的相对运动，所述有限行程万向节的行程被所述至少两个致动器提供的行程量和所述基座的限制结构中的一个或多个限制。条款23.根据条款22所述的双级交通工具姿态控制系统，其中所述至少两个致动器被设定尺寸以提供基本等于有限行程两轴万向节的角速度矢量和动量轮的角动量矢量的叉积的转矩水平。条款24.根据条款18所述的双级交通工具姿态控制系统，其中每个所述动量轮的角动量矢量沿着交通工具的扫描轴线布置，并且所述锥体构型通过朝向交通工具的扫描轴线翻转的反作用轮来定向。在此公开了系统和方法的不同示例和方面，其包含各种部件、特征以及功能。应该理解，在此公开的系统和方法的各个示例和方面可以包含在此公开的系统和方法的其他示例和方面的任何组合的任一部件、特征以及功能，并且所有的此类可能性都在本公开的精神和范围之内。得益于以上描述和附图中所呈现的教导的本公开所属领域内的技术人员将可以想到本文阐述的本公开的许多修改和其他示例。根据本公开的一个或多个方面，一种双级交通工具姿态控制系统包含：第一姿态控制模块，其具有被布置以提供零动量交通工具姿态控制的至少两个动量轮，每个动量轮包括有限行程两轴万向节；第二姿态控制模块，其具有以锥体构型布置的反作用轮以沿着与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制；以及控制器，其被连接到第一姿态控制模块和第二姿态控制模块，所述控制器被配置为协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以使交通工具在交通工具的三个轴线的至少一个轴线上旋转。根据本公开的一个或多个方面，所述控制器被配置为组合地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。根据本公开的一个或多个方面，所述控制器被配置为独立地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。根据本公开的一个或多个方面，所述控制器被配置为以预定次序致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。根据本公开的一个或多个方面，至少两个动量轮被布置以沿着交通工具的三个轴线的至少两个轴线提供零动量交通工具姿态控制。根据本公开的一个或多个方面，所述有限行程两轴万向节包括至少两个致动器、动量轮平台和基座，所述动量轮被安装到动量轮平台并且所述至少两个致动器提供动量轮平台与基座之间的相对运动，所述有限行程万向节的行程被至少两个致动器的行程量和基座的限制结构中的一个或多个限制。根据本公开的一个或多个方面，至少两个致动器被设定尺寸以提供基本等于有限行程两轴万向节的角速度矢量和动量轮的角动量矢量的叉积的转矩水平。根据本公开的一个或多个方面，所述至少两个动量轮中的每个动量轮的角动量矢量沿着交通工具的共用轴线布置，并且所述锥体构型通过朝向交通工具的共用轴线翻转的反作用轮来定向。根据本公开的一个或多个方面，与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线是交通工具的扫描轴线。根据本公开的一个或多个方面，一种用于控制交通工具的姿态的方法包括：控制第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以使交通工具在交通工具的三个轴线的至少一个轴线上旋转，其中控制第一姿态控制模块的致动包含通过有限行程两轴万向节使每个动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转；并且其中第一姿态控制模块是以第一敏捷度水平提供零动量交通工具姿态控制的动量轮模块，并且第二姿态控制模块是以第二敏捷度水平沿着与动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制的锥体反作用轮模块，其中第一敏捷度水平大于第二敏捷度水平。根据本公开的一个或多个方面，根据定向交通工具所需要的预定角加速度速率来分级协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动。根据本公开的一个或多个方面，第一姿态控制模块和第二姿态控制模块被组合地控制。根据本公开的一个或多个方面，所述第一姿态控制模块和所述第二姿态控制模块被独立地控制。根据本公开的一个或多个方面，第一姿态控制模块和第二姿态控制模块被以预定次序控制。根据本公开的一个或多个方面，控制第一姿态控制模块的致动包含通过有限行程两轴万向节使每个动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转。根据本公开的一个或多个方面，动量轮模块中的每个动量轮的角动量矢量沿着交通工具的扫描轴线布置，并且锥体反作用轮模块的每个反作用轮朝向交通工具的扫描轴线翻转。根据本公开的一个或多个方面，控制第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动实现第一角加速度水平以在第一角度观测场内的点之间移动交通工具，并且实现第二角加速度水平以将交通工具定向到不同于第一角度观测场的第二角度观测场，其中第二角加速度水平小于第一角加速度水平。根据本公开的一个或多个方面，第二角加速度水平提供交通工具的多达三个轴向运动，并且第一角加速度水平提供交通工具的两个轴向运动。根据本公开的一个或多个方面，一种双级交通工具姿态控制系统包括：第一姿态控制模块，其具有被布置以提供零动量交通工具姿态控制的至少两个动量轮，每个动量轮包括使动量轮沿着交通工具的三个轴线中的两个轴线枢转的有限行程两轴万向节；第二姿态控制模块，其具有以锥体构型布置的反作用轮以沿着与至少两个动量轮的控制轴线共用的至少一个控制轴线提供交通工具姿态控制；以及控制器，其被连接到第一姿态控制模块和第二姿态控制模块，所述控制器被配置为协调第一姿态控制模块和第二姿态控制模块的致动以便使交通工具在交通工具的三个轴线的至少一个轴线上旋转，从而至少两个动量轮提供零动量操纵增量给反作用轮。根据本公开的一个或多个方面，所述控制器被配置为组合地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。根据本公开的一个或多个方面，所述控制器被配置为独立地致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。根据本公开的一个或多个方面，所述控制器被配置为以预定次序致动第一姿态控制模块和第二姿态控制模块。根据本公开的一个或多个方面，有限行程两轴万向节包括至少两个致动器、动量轮平台以及基座，所述动量轮被安装到动量轮平台并且所述至少两个致动器提供动量轮平台与基座之间的相对运动，所述有限行程万向节的行程被至少两个致动器提供的行程量和基座的限制结构中的一个或多个限制。根据本公开的一个或多个方面，至少两个致动器被设定尺寸以提供基本等于有限行程两轴万向节的角速度矢量和动量轮的角动量矢量的叉积的转矩水平。根据本公开的一个或多个方面，每个所述动量轮的角动量矢量沿着交通工具的扫描轴线布置，并且所述锥体构型通过朝向交通工具的扫描轴线翻转的反作用轮来定向。因此，应理解的是，本公开不局限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在包含于所附权利要求的范围内。而且，尽管前述说明书和相关附图在元件和/或功能的某些说明性组合的背景内描述了示例实施例，但是应该意识到，在不离开所附权利要求书的范围的情况下，元件和/或功能的不同组合可以由替换实施方式提供。当前第1页1 2 3