[发明专利]锥形布局电推进卫星故障模式位置保持最优推力分配方法

说明书

本发明提供了锥形布局电推进卫星故障模式位置保持最优推力分配方法，该方法采用解析法进行锥形布局故障模式下的电推力器位置保持控制分配。首先，根据发生故障的推力器选取用于位置保持控制的一对未出现故障的推力器；之后，获取该推力器对的两种不同的分配方式，并进行选取；最后，通过改变电推力器开机时刻进行阴影区规避。本发明采用完全解析的方式，解决了故障模式电推进位置保持推力器分配问题，使燃料消耗达到最优，同时降低轨道周期内的推力器开机次数，为实现静止轨道卫星的故障模式电推进位置保持提供一种有效的推力器分配方法。

技术领域

本发明涉及一种电推进位置保持控制推力器分配方法，主要在电推力器为锥形布局的地球静止轨道卫星上使用，用于在某一推力器故障情况下的位置保持控制推力分配，属于卫星姿态与轨道控制技术领域。

背景技术

用于进行地球同步轨道位置保持控制的电推进卫星，电推力器的安装构型采用的是锥形布局方式，四台推力器成对对称斜装在背地板四边。此种推力器配置方式冗余较少。当四台推力器均能正常工作时，通过四台推力器在一个轨道周期内相继喷气，产生静止轨道南北、东西位置保持所需的控制力。而当某一台电推力器发生故障时，电推进卫星进入故障模式，仅依靠未发生故障的两台对角线上电推力器进行位置保持和角动量卸载。故障模式下的位置保持燃料消耗、单台推力器的开机次数要明显多于正常模式。因此，需要对故障模式下的电推力器点火分配方式进行设计。

现有的故障模式点火分配方式依靠两台正常的对角线上推力器在每个轨道周期内各点火两次实现位置保持控制。在卫星到达赤经90°附近时，北向推力器NW或NE点火；卫星到达赤经270°附近时，南向推力器SE或SW点火；此外，两台推力器还在除此之外的某一中间位置，相继点火。依靠四次点火的排列组合，同时使卫星的星下点地理经度和纬度维持在任务要求的“死区”内。该方法虽然简单直观，但当应用于星上时，具有以下不足之处：①该种分配方式未考虑燃料消耗最优问题，存在多余的燃料消耗；②该种分配方式同一台推力器每轨需要开启两次，是正常模式的二倍，可能影响到推力器的寿命。因此，需要设计出一种兼顾考虑燃料消耗和推力器开机次数的更加优化的电推进故障模式位置保持推力分配方法，延长故障模式下静止轨道电推进卫星寿命，增加可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了锥形布局电推进卫星故障模式位置保持最优推力分配方法，采用完全解析的方法计算三次开机时刻和速度增量，使燃料消耗达到最优，满足静止轨道卫星的故障模式电推进位置保持任务需求。

本发明包括如下技术方案：锥形布局电推进卫星故障模式位置保持最优推力分配方法，所述锥形布局电推进卫星包括四台电推力器，四台电推力器成对对称斜装在卫星背地板西北、东北、西南、东南四角，分别记为NW、NE、SW、SE，该方法在一个轨道周期之内执行如下步骤：

(1)、根据发生故障的推力器，选用位置保持推力器对组合，所述位置保持推力器对组合有两种：NW和SE组合、NE和SW组合；

(2)、获取位置保持倾角控制向量(di_x、di_y)，计算位置保持方向角度系数κ；

(3)、根据四台推力器安装方向单位矢量在卫星本体坐标系下的径向、横向、法向绝对值e_r、e_t、e_n和地球自转角速度ω_E、静止轨道标称速度V_s，计算四台推力器的故障模式位置保持控制系数；

(4)、根据位置保持方向角度系数κ和推力器的故障模式位置保持控制系数，分别计算所选取的推力器对组合采用北向两次、南向一次开机和南向两次、北向一次开机两种推力分配方式的三次开机时刻卫星平赤经及其速度增量；

(5)、选择三次开机的速度增量均为正数且燃料消耗较少的分配方式作为最优分配方式；