[发明专利]深空探测器轨控发动机推力方向偏差在轨标定方法和系统

说明书

本发明提供了一种深空探测器轨控发动机推力方向偏差在轨标定方法和系统，包括：步骤1：通过加速度计遥测计算轨控阶段的速度增量在深空探测器本体系上的投影；步骤2：根据轨控阶段姿控推力器的喷气时长，计算姿控推力器贡献的速度增量；步骤3：根据姿控推力器贡献的速度增量和轨控阶段的速度增量，计算轨控发动机贡献的速度增量；步骤4：根据测得的轨控发动机的速度增量，计算轨控发动机推力方向的偏差。本发明适用于深空探测器轨控发动机推力方向偏差的在轨标定，标定参数可用于后续轨控活动的点火姿态修正，以提高探测器变轨精度，减少燃料消耗。

技术领域

本发明涉及姿态动力学技术领域，具体地，涉及一种深空探测器轨控发动机推力方向偏差在轨标定方法和系统。

背景技术

深空探测器为了实现脱离地球引力、进入巡航轨道或进入星地间转移轨道以及再入行星、绕飞行星等目标，需多次变轨以满足节约燃料、修正入轨精度等要求。同时，在再入大气、行星捕获等关键变轨环节中，通常仅有一次变轨机会，且需要较高的轨控精度以保障后续任务。在行星捕获阶段，探测器需点火减速，点火方向的偏差极有可能导致探测器无法形成环绕轨道，更严重则撞入行星任务失败。在再入阶段点火方向的偏差则会导致落点偏离预定位置，甚至无法进入大气。

影响轨控方向精度的主要因素来自轨控发动机推力方向的偏差。通常发动机地面安装误差在0.2°左右，另外受深空复杂外热流环境影响，在轨飞行过程中发动机还会发生结构热变形，推力矢量的偏差情况更加恶劣。

目前，轨控发动机推力方向标定的主要手段大多采用多次变轨迭代修正、和地面卫星热试车标定测试的方法。

专利文献CN106094529A(申请号：201610559700.3)公开了一种编队任务多脉冲控制条件下的推力器在轨自主标定方法，使用地面测定轨的方式，测出每次变轨轨控偏差，并用偏差量修正下一次变轨。该方法需要地面持续测定轨且对测定轨精度有较高的要求，无法适应深空探测测定轨精度有限的情况。

专利文献CN108061660A(申请号：201710993325.8)公开了一种基于线振动测量的卫星发动机在轨推力实时标定方法，采用了地面线振动测试数据进行响应仿真有限元模型的修正，并标定推力与线振动间的传递函数，仿真数据结合在轨数据进行干扰剔除，获得发动机在轨推力带来的线振动响应，并利用推力与线振动间的传递函数进行发动机在轨推力矢量的反演。该方法结合了星地测试数据，能够较好地反应在轨发动机推力实际方向。但地面标定的偏差以及在轨空间外热流的变化直接影响标定精度，而深空探测器飞行距离远，持续时间长，空间环境变化剧烈，该方法无法适应深空探测器。

专利文献CN108454886A(申请号：201810019686.7)公开了一种电推进系统毫牛级推力在轨标定方法，使用单个不过卫星质心的电推力器长时间点火，根据点火期间飞轮的角动量变化，以及推力器力臂数据，反算推力大小和方向。该方法仅适用小推力的状况，无法应用于大推力的轨控发动机。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种深空探测器轨控发动机推力方向偏差在轨标定方法和系统。

根据本发明提供的深空探测器轨控发动机推力方向偏差在轨标定方法，包括：

步骤1：通过加速度计遥测计算轨控阶段的速度增量在深空探测器本体系上的投影

步骤2：根据轨控阶段姿控推力器的喷气时长，计算姿控推力器贡献的速度增量

步骤3：根据姿控推力器贡献的速度增量和轨控阶段的速度增量在深空探测器本体系上的投影，计算轨控发动机贡献的速度增量

步骤4：根据测得的轨控发动机的速度增量，计算轨控发动机推力方向的偏差。

优选的，所述步骤1包括：加速度计与深空探测器固连，在轨控阶段加速度计实时输出深空探测器三轴的加速度，地面通过遥测计算整个轨控阶段的速度增量。