[发明专利]一种光学成像类小卫星功耗预算与能源平衡分析方法

说明书

本发明提供一种光学成像类小卫星功耗预算与能源平衡分析方法，先结合用户使用要求，自定义计算单个工作模式下的卫星功耗值；然后，根据卫星工作模式，按照单轨工作状态合理考虑功耗值，计算卫星单轨总能耗；根据不同电池阵的选型和设计裕量，接着计算满足能源平衡要求的太阳电池阵参数，包括太阳电池阵单轨最小能量、太阳电池阵最小功率、太阳电池阵最小有效面积、太阳电池阵最小设计面积、考虑裕量后的太阳电池阵设计面积、考虑裕量后的太阳电池阵有效面积、考虑裕量后的太阳电池阵功率、考虑裕量后太阳电池阵单轨能量；最后，计算锂电池组的能量需求，并进行电池选型。该方法结合卫星的实际使用模式，合理的完成整星能源满足程度分析。

技术领域

本发明涉及航天器设计领域，特别地，涉及一种光学成像类小卫星功耗预算与能源平衡分析方法。

背景技术

卫星的功耗预算与能源平衡分析是卫星总体设计中非常重要的一环，它决定了卫星能源系统设计能否满足使用要求。功耗预算与能源平衡分析涉及卫星的功率需求、卫星轨道参数(光照条件)、卫星的工作模式和有效载荷的任务规划等。在卫星总体设计阶段，根据不同的卫星任务使命、功能和使用要求，功耗预算与能源平衡分析也存在很多的不确定性，因此很难给出一个标准的卫星的功耗预算与能源平衡分析方法，因此这方面的公开文献很少。

发明内容

针对光学成像类小卫星的技术特点，结合实际工程经验，本发明提供一种光学成像类小卫星功耗预算与能源平衡分析方法，可直接用于光学成像类小卫星的总体设计阶段，为卫星工程设计人员提供参考。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光学成像类小卫星功耗预算与能源平衡分析方法，包括以下步骤：

第一步、卫星功耗预算；

给定待设计的光学成像类小卫星，根据设计任务需求给定卫星的轨道周期T₀。针对给定的光学成像类小卫星，用户自定义卫星的各种工作模式，并且定义各种工作模式下，卫星上的各耗能设备的工作状态以及各单个工作模式下卫星的工作时间。接下来根据用户输入的卫星的各种工作模式以及各单个工作模式下卫星的工作时间，计算输出卫星的各单个工作模式下的卫星功耗值，包括稳态常值功耗、峰值功耗、用户自定义的卫星功耗、卫星的单轨总能耗。

(1)计算单个工作模式下的卫星功耗值；

设待设计的光学成像类小卫星包括N种耗能设备，在用户自定义的任意一种卫星工作模式下，假设卫星各类耗能设备参与工作的数量为x_i个，各类能耗设备的功耗分别为p_i(单位：W)，则该单个工作模式下卫星功耗P(单位：W)为：

P＝∑x_i·p_i，i∈[1,N] (1)

需要说明的是，在任意一种卫星工作模式下，卫星各能耗设备的工作状态都是用户设置的，卫星各能耗设备的功耗是用户自定义确认的。

在用户自定义的所有卫星工作模式中，选取工作时间最长的卫星工作模式下对应的卫星功耗值，假设为P_w，作为稳态常值功耗。选取功耗最大的卫星工作模式下对应的卫星功耗值，假设为P_f，作为峰值功耗。在用户自定义的其他卫星工作模式中，按照用户自定义的其他卫星工作模式的名称输出其对应的功耗P_j。

(2)计算卫星单轨总能耗；

卫星单轨总能耗是根据用户自定义的卫星工作模式，按照一个轨道周期T₀内卫星的不同工作模式对应的功耗值进行统计计算。如果在一个轨道周期T₀内的某时间段期间同时存在多种工作模式(两种或者两种以上的工作模式)，则在该时间段内选择其中累计能耗最大所对应的卫星工作模式进行卫星单轨总能耗的计算。