一种配置单翼帆板卫星安全对日方法与流程

本发明涉及航天器姿态控制，更具体地说，涉及一种配置单翼帆板卫星安全对日方法。

背景技术：

1、目前，巨型低轨通信星座发展迅速。为充分利用火箭的运载空间，其卫星构型通常呈现扁平化构型，采用单翼帆板设计。然而，相较于双翼帆板布局卫星，配置单翼帆板卫星存在更易受低轨空间环境干扰力矩影响、惯量特性及出气力矩较大的特点，对于卫星姿态控制，尤其是安全模式下姿态对日，帆板对日是一项严峻挑战。

2、传统卫星姿态安全模式设计一般为磁控自旋对日，该方法通常利用模拟式太阳敏感器、磁强计、陀螺及磁力矩器完成任务，具有占用资源少、能耗低及所用单机可靠的特点。

3、然而如果sada(帆板控制线路及驱动)卡死，无法完成归零动作，则即使卫星姿态完成对日，星上能源仍然无法恢复。此时，如果改变对日轴为非最大惯量轴，姿态将失去稳定，整星安全模式也将不再安全。考虑巨型低轨通信星座地面资源有限，星座卫星应具备足够安全的安全模式设计。否则，对于数千颗卫星地面运营来说，将是一场灾难。

4、前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种配置单翼帆板卫星安全对日方法，该方法加快了磁控对日周期，提高效率，完成姿态对日稳定自旋、保证能源获取，为地面处置留足宝贵时间。

2、本发明提供一种配置单翼帆板卫星安全对日方法，包括以下步骤：

3、s1：判断卫星执行器可用状态；

4、s2：根据所述卫星执行器可用状态，设置对日轴；

5、s3：若星上sada及x/y轴方向反作用轮可用，则sada执行归零动作，对日轴方向反作用轮起旋至+3000rpm，磁力矩器执行磁控对日流程；

6、s4：若星上只有x/y轴方向反作用轮可用，则sada保持原位置，同时，将与帆板法线夹角成锐角的可用反作用轮起旋至3000rpm，对日轴设置为该可用反作用轮方向，磁力矩器执行磁控对日流程；

7、s5：若星上只有sada可用，则sada执行归零动作，对日轴设置为sada零位方向，磁力矩器执行磁控对日流程；

8、s6：若星上sada及反作用轮均不可用，判断sada帆板法线与主惯量轴夹角是否为锐角，若为锐角，对日轴设置为sada零位方向，磁力矩器执行磁控对日流程；否则进入无控模式。

9、进一步地，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程包括以下步骤：

10、s100：计算太阳指向控制磁矩m1；

11、计算期望力矩tn，

12、

13、其中，tm＝(lb)×sb；

14、计算期望力矩与卫星本体系磁场强度夹角，

15、

16、若α＜αs或α＞pi-αs，置m1为零；否则，计算卫星帆板法线矢量lb轴与太阳矢量夹角β

17、β＝acos(sb·lb)；

18、其中，sb为卫星本体系太阳矢量；

19、m1＝kp·β·(tn×bb)；

20、其中，kp为磁控控制比例系数。

21、进一步地，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程还包括以下步骤：

22、s200：利用角速度计算旋转控制磁矩m2；

23、m2＝kd·(bb×ωbi+ωd×bb)；

24、其中，bb为卫星本体系地磁场强度，ωbi为卫星惯性系角速度，kd、ωd为磁控控制微分系数、姿态角速度。

25、进一步地，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程还包括以下步骤：

26、s300：利用磁场强度计算旋转控制磁矩m2；

27、m2＝kd·((bb-bpre)/5.0+ωd×bb)；

28、其中，bpre为前次(5s前)本体系地磁场强度，前次地磁场强度为无效时，置m2为零。

29、进一步地，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程还包括以下步骤：

30、s400：计算磁力矩器控制器控制指令mc；

31、mc＝-m1-m2。

32、本发明提供的配置单翼帆板卫星安全对日方法，基于卫星常见执行器反作用轮、磁力矩器及sada，充分考虑sada、反作用轮及磁力矩器可用情况，在sada卡死故障下可完成除帆板轴以外的两轴对日，实现最少0.707的光照效率；在sada无故障时，通过对日轴方向起旋可用反作用轮，加快磁控对日周期，提高效率，完成姿态对日稳定自旋、保证能源获取，为地面处置留足宝贵时间。

技术特征：

1.一种配置单翼帆板卫星安全对日方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的配置单翼帆板卫星安全对日方法，其特征在于，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的配置单翼帆板卫星安全对日方法，其特征在于，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程还包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的配置单翼帆板卫星安全对日方法，其特征在于，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程还包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的配置单翼帆板卫星安全对日方法，其特征在于，所述步骤s3、步骤s4、步骤s5以及步骤s6中磁力矩器执行磁控对日流程还包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种配置单翼帆板卫星安全对日方法，包括判断卫星执行器可用状态；根据所述卫星执行器可用状态，设置对日轴；若星上SADA及X/Y轴方向反作用轮可用，则SADA执行归零动作，对日轴方向反作用轮起旋至+3000Rpm，磁力矩器执行磁控对日流程；若星上只有X/Y轴方向反作用轮可用，则SADA保持原位置，将与帆板法线夹角成锐角的可用反作用轮起旋至3000Rpm，对日轴设置为该可用反作用轮方向，磁力矩器执行磁控对日流程；若星上只有SADA可用，则SADA执行归零动作，对日轴设置为SADA零位方向，磁力矩器执行磁控对日流程；若均不可用，判断SADA帆板法线与主惯量轴夹角是否为锐角，若为锐角，对日轴设置为SADA零位方向，磁力矩器执行磁控对日流程；否则进入无控模式。

技术研发人员：姜松,孙建党,陈夏,黄佳
受保护的技术使用者：上海格思航天科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11