[发明专利]一种有利于热平衡的航天器对日定向目标坐标系确定方法

说明书

一种有利于热平衡的航天器对日定向目标坐标系确定方法，包括步骤如下：(1)确定对日定向目标坐标系中卫星标称姿态时星本体三轴中需要分别指向太阳矢量和地心矢量的轴，并确定优先方向；以优先方向为基准计算对日定向目标坐标系中星本体三轴标称方向的矢量表示；(2)根据太阳矢量和地心矢量在卫星姿态规定的参考坐标系的分量表示和调整矩阵，给出对日定向目标坐标系相对于参考坐标系的转换矩阵表达式。在保证卫星固定帆板面对日定向功能的基础上，当卫星沿本发明的方法确定的对日定向目标坐标系姿态飞行时，某一侧面将始终面向冷空间。

技术领域

本发明属于航天器姿态确定与控制领域，涉及是一种航天器对日定向目标坐标系确定方法。

背景技术

采用固定帆板配置的卫星，为保证整星能源平衡，往往需要在一个轨道周期内自主进行多次对日定向和对地定向姿态的切换，这对卫星热平衡的设计提出了难题。在阳照区，卫星有成像任务时需要对地定向，对于降交点地方时为上午轨道的卫星，其靠近轨道负法线方向的侧面一般不会受到太阳照射，若设计为散热面有利于整星热平衡；对于降交点地方时为下午轨道的卫星，则正好相反。而当卫星在阳照区没有成像任务时，卫星帆板面对日定向给整星充电，按照现有的对日定向方法，散热面的方位有可能朝向冷空间也有可能朝向地球一侧，朝向地球一侧时将对散热功能带来不利的影响。与此对应的，对于某些具有保温需求的载荷，热平衡设计通常要求避免朝向冷空间而是朝向地球方向以充分利用地球辐照加热，现有的对日定向方法也难以解决这类需求。

为解决这一类问题，需要针对航天器热平衡需求提出新的对日定向目标坐标系确定方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种有利于热平衡的航天器对日定向目标坐标系确定方法，在保证卫星固定帆板面对日定向功能的基础上，当卫星沿此对日定向目标坐标系姿态飞行时，某一侧面将始终面向冷空间。该对日定向目标坐标系设置了调整矩阵，通过调整矩阵设置可将卫星任一侧面设置为对日定向飞行时朝向冷空间的一面，给散热面设计带来极大的灵活性，卫星可根据散热面的方位设置相应的调整矩阵。与此对应的，与该侧面相对的另一侧面将始终面向地球，将该侧面作为保温面将有利于具有较高温控需求设备的热平衡温控。

本发明的技术解决方案是：一种有利于热平衡的航天器对日定向目标坐标系确定方法，包括步骤如下：

(1)确定对日定向目标坐标系中卫星标称姿态时星本体三轴中需要分别指向太阳矢量和地心矢量的轴，并确定优先方向；以优先方向为基准计算对日定向目标坐标系中星本体三轴标称方向的矢量表示；

优先方向是指星本体三轴中需要完全指向太阳矢量或地心矢量的轴。

(2)根据太阳矢量和地心矢量在卫星姿态规定的参考坐标系的分量表示和调整矩阵，给出对日定向目标坐标系相对于参考坐标系的转换矩阵表达式。

步骤(1)的具体步骤如下：

计算优先方向的矢量表示；

根据星本体三轴中指向地心矢量的轴计算星本体三轴中第三个轴的矢量表示；

根据正交化原则对指向地心矢量的轴进行重新计算，获得指向地心矢量的轴的矢量表示。

步骤(2)的具体步骤为：

根据轨道计算结果和参考坐标系定义，给出太阳矢量和地心矢量在参考坐标系中的表示；

给出对日定向目标坐标系相对于参考坐标系的转换矩阵表达式

其中，C_adjust为调整矩阵；分别为对日定向目标坐标系中星本体三轴标称方向的矢量表示。

步骤(2)中，根据卫星任务需要调整对日定向目标坐标系指向时，C_adjust可设置为其他正交矩阵形式。

本发明相对于现有技术的优点在于：