[发明专利]一种适用于金星探测器的数传天线偏置安装角的姿态指向方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金星探测器的姿态指向设计方法，更特别地说，是指一种适用于金星探测器的数传天线偏置安装角的姿态指向方法。

背景技术

随着航天技术的发展，人类活动逐渐扩展到太阳系内类地行星等深空探测领域。通过发射行星探测器进行行星空间环境以及太阳系和宇宙起源与演化等科学任务探测。对于以金星为代表的类地行星探测器，其生存环境(包括能源、温度和通讯等)完全不同于地球轨道器，即需要依据探测任务和飞行轨道以及环境设计合适的姿态指向以满足探测器对能源、温控以及数传等指标需求。

金星探测器具有地球遥远，可维护能力较差；故探测器应采取简洁设计以增加系统抗干扰能力：探测器应尽可能少地安装设备，减少转动部件的数量以及转角范围；探测器应采取固定或准固定散热面设计，即可有效控制探测器内部各设备的温度，还可减小热控系统的研制难度；探测器下行数传通道的空间损耗较大难以获得高速通信，故数传天线应保持长时间指向地球以延长通讯时长。为了最大限度获取探测数据并完成对地传输，同时降低探测器的研制难度，需要针对探测器进行全寿命期姿态指向规划。

人类已发射多颗金星探测器，其姿态指向设计各不相同：早期探测器以能否进入行星环绕轨道为任务目标，其运行寿命和信息采集量有限，姿态设计方法往往沿用地球卫星三轴稳定对地指向的理念；随着控制能力的增强，探测器逐渐采用多星定向方式，即在不同的任务阶段采取不同的姿态指向。Current status of the PLANET-CVenus orbiter design(19 October 2002)和Planet-C：Venus Climate Orbitermission of Japan(10 April 2006)中介绍了金星探测器的结构。

自1989年以来，共有两个多星定向的金星探测器发射升空：“金星快车(VenusExpress)”探测器(ESA，2005.11)，“拂晓(AKATSUKI)”探测器(JAXA，2010.5)。Venus Express携带两个数传天线且背向安装：高增益大型天线进行较远距离数据传输，低增益小型天线进行较近距离数据传输。AKATSUKI携带高增益、中增益和低增益三个数传天线，其中高增益天线作为主份执行数传任务。VenusExpress和AKATSUKI帆板的轴向垂直于金星公转平面，并进行对日跟踪定向以保持光线入射角接近90°。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有金星探测器必须装备2个或2个以上数传天线以及固定散热器的设计不足，提供一种基于天线偏置安装角的姿态指向方法；该方法既可将对地数传天线数量减至1个以减少装载设备，又可固定探测器的散热器以简化设计和降低研制难度。

本发明的一种适用于金星探测器的数传天线偏置安装角的姿态指向方法，该姿态指向方法：

(1)根据金星探测器的指向控制精度确定数传天线的偏置安装角；

(2)以数传天线指向地球和帆板法向指向太阳为基准建立姿态，并以散热面切换的操作节点和所分割的弧段进行姿态变化；

(3)根据天线偏置角的设计值，计算1个地、金绕日公转的公倍周期内姿态机动和散热器切换的定量坐标；

(4)探测器将在地、金公转的公倍周期内重复上述各节点和弧段内动作，直至金星探测器寿命结束。

本发明基于天线偏置安装角的姿态指向设计方法的优点在于：

①本发明通过偏置安装数传天线以设计和规划金星探测器的姿态指向，仅依靠1个数传天线实现天线对地和帆板对日的长期定向，弥补现有方法需安装2个或以上数传天线的不足，既减轻了重量又缓解电路、信息交互以及电磁兼容等分系统的设计压力。

②本发明通过分节点和弧段设计姿态指向，既实现对地传输定向又固定散热面，从而简化探测器的设计难度并降低研制成本。

附图说明

图1是金星探测器与数传天线、帆板的布局结构图。

图1A是金星探测器与数传天线、帆板的另一视角布局结构图。

图1B是图1的俯视图。

图2是应用本发明改良后金星探测器的姿态指向设计示意图。

图中：1.金星探测器   1A.A板面   1B.B板面   1C.C板面1D.D板面  1E.E板面  2.A帆板  2A.A帆板转动轴3.B帆板  3A.B帆板转动轴  4.A散热器  5.B散热器6.数传天线  6A.数传天线转动轴

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。