[发明专利]一种日心轨道航天器太阳光压力矩确定方法

说明书

本发明公开一种日心轨道航天器太阳光压力矩确定方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：建立投影坐标系并获得航天器在投影坐标系下的分量列阵，其中，取日心轨道坐标系作为投影坐标系；步骤2：对航天器进行遮挡判断，得到有效照射单元，主要包括：判断是否受到光照、消除部件之间的相互遮挡、得到实际受到光照的微元；步骤3：确定航天器受到的太阳光压力矩；步骤4：建立航天器所受太阳光压力矩的解析表达式，进而快速获得光压力矩的大小。本发明提出的光压力矩计算方法具有普适性，且计算精度较高；使用该表达式计算太阳光压力矩精度基本不会下降，并且能有效地减小计算时间。

【技术领域】

本发明针对日心轨道航天器，基于太阳光压力模型，提出一种确定太阳光压力矩的新方法，本发明属于航天器总体设计技术领域。

【背景技术】

随着航天任务需求的不断提升，对航天器的姿态精度有了更高的要求。对于深空探测任务的高轨道航天器来说，大部分都通过太阳帆板来为星上载荷提供能源，由于太阳帆板的存在，太阳光压力矩通常不能忽略，将严重影响航天器姿态精度的提升，因此有必要精确获得航天器受到的太阳光压力矩。

确定太阳光压力矩的关键在于实时判断航天器的遮挡情况，目前已经有不少的学者对其进行了研究。其中刘墩等人将卫星体和太阳帆板组成的几何体进行投影变换后，判断其相互遮挡并采用凸多边形求交的算法求取太阳光压有效作用面积，从而计算太阳光压力矩，但其计算过程相对复杂。郭建等人将空间站视为N个矩形平面的集合，再将每个矩形划分为正方形微元，通过判断投影后的微元与各个矩形平面的距离来判断遮挡，但由于投影后微元形状不确定，精确度有待考验。如何既简单高效又准确的确定航天器所受太阳光压力矩的大小仍是一大难题。

因此，本发明提出了一套算法较为简单，通用性高的光照遮挡判断流程，给出了一种光压力矩的确定方法。通过本发明提出的方法，可以根据面矢量法消除航天器的光照背面，进而对光照面进行遮挡判断，得到有效照射单元，最终根据光压力矩数学模型确定航天器所受光压力矩，进而得到光压力矩的解析表达式。

【发明内容】

本发明针对日心轨道航天器，基于太阳光压力模型，提出一种太阳光压力矩的确定方法，从而得到航天器所受的太阳光压力矩。

针对上述问题，本发明技术方案如下：

根据航天器运动特性建立投影坐标系，得到航天器在投影坐标系下的分量列阵，从而根据面矢量法消除航天器的光照背面，进而对光照面进行遮挡判断，得到有效照射单元，最终根据光压力矩数学模型确定航天器所受光压力矩，进而得到光压力矩的解析表达式。具体操作步骤为：

步骤1：建立投影坐标系并获得航天器在投影坐标系下的分量列阵。具体包含如下步骤：

步骤1.1：定义坐标系

a.日心惯性坐标系f_e(o_ex_ey_ez_e)

日心惯性坐标系的原点o_e固连在太阳中心处，o_ex_e轴在航天器轨道平面内并且指向某个恒星，o_ez_e轴垂直于轨道平面，o_ey_e在轨道平面内，并且和o_ex_e轴、o_ez_e轴构成直角坐标系。

b.日心轨道坐标系f_o(o_ox_oy_oz_o)