[发明专利]对绕着一固定轴旋转移动的宇宙飞行器进行姿态控制的装置和方法

说明书

概括地说，本发明涉及一种对宇宙飞行器进行姿态控制的装置及其控制方法，具体地说，本发明涉及一种对绕着一本体轴(旋转轴)旋转移动的宇宙飞行器进行姿态控制的装置及其控制方法。

US-PS4725024公开了一种类似的装置和方法，它涉及一种三轴稳定卫星，该卫星位于低的且近似为环形的轨道上，通过点燃卫星近地点驱动装置推入一椭圆形转移轨道，它的远地点与所寻求的地球同步轨道半径相一致，在点燃卫星近地点发动机之前从卫星基地发射的卫星应绕着固定的旋转轴旋转地移动，其旋转轴方向应与由近地点驱动装置产生推力的推进向量相一致，所述的驱动装置的对称轴对准卫星的对称轴，并与卫星对接，在US-PS4725024中的滚动轴为该轴，该滚动的轴是三个卫星本体轴，即直角坐标系构成的中的一个，其余两个是偏航轴和前后轴作为横轴。在同步轨道上卫星在同步轨道上最终的操作状态确定后，应定出航向的滚动轴，指向地心的偏航轴和垂直于它们两个的轨道平面的前后轴。

一系列执行机构，例如以确定的方向能够提供绕所述三轴的旋转力矩或控制力矩的动力燃料喷嘴属于三轴稳定卫星的姿态控制系统，US-PS4725024公开的姿态控制装置具有一陀螺式的遥控传感器，它可提供绕三个本体轴旋转的角速度信号，两横轴角速度信号中每一个输入控制网络，它为具有无信号区的调制器提供了控制信号，该调制器的作用是再输出用于属于各横轴执行机构的离散信号，两个控制网络具有包括第一以及第二信号支路，且第一信号支路是并联的且包括积分仪的信号支路，在输入调制器之前两信号支路归并到求和装置中。

在宇宙输送器停止之前具有与近地驱动装置对接的卫星以每分钟2圈的速度绕旋转轴缓慢转动地移动，从宇宙输送装置的装载架上发出所述宇宙飞行器完成后，通过相应的姿态控制执行机构的驱动使其绕旋转轴旋转的速度升高到每分钟40转，在升高自旋阶段应注意，将必然产生的章动的振幅尽可能控制到一个常数并将在惯性空间中尽可能地保持旋转轴的方向。

引起章动的原因是不同的，如由于质量分布不均匀，由卫星/近地点驱动装置组合的主惯性轴不与原旋转轴重合，使对该轴的惯性力矩减至最小而稳定地绕主惯性轴旋转，对其旋转产生作用的姿态控制装置相对于几何旋转轴对称布置，产生横轴力矩，而较大的横轴力矩受到下述条件的限制，卫星/近地点驱动装置的组合的重心相对于卫星重心有明显地后移，且在卫星上并相对控制力矩作用方向布置的用于姿态调节的执行机构要与卫星姿态相适应，其中的卫星已从近地点驱动装置中分离；而且因为在升高自旋时产生的旋转以及所需的姿态调节只靠正常运行时具有的执行机构完成，在执行机构工作时所述的重心偏移会产生绕另一轴的较大的干扰力矩，此外由于液体推进剂的晃动产生章动。

在US-PS4725024公开的姿态控制装置中，在升高自旋过程进行到一半后，调制器的无信号区突然扩大，这就有可能导致在没有驱动装置作用时使章动振幅增大，由于章动振幅在不确定影响下增加，将章动振幅控制在一常量是十分有益的，但公知的姿态控制装置不能解决该问题，特别是在两信号支路中控制网络的不变放大器不能解决该问题。

公知的姿态控制装置进一步的缺点是：用于测量绕旋转轴的角速度的陀螺仪经短时间后陷入饱和，因为该陀螺仪只是为了在正常运行时出现较小的角速度而设置的，因此丢失了升高自旋开始不久用于所有三轴的角位移信息，如用于旋转轴的角速度信息，这就存在着由于可能具有惯性而产生旋转轴所不希望的位置漂移。另外，其横轴角速度信号包括了不变的信号部分，它导致了对调制器无信号区的不均匀调制，由此失去单向控制作用而导致旋转轴移位，不变信号部分还受到如上所述的绕主惯性轴旋转的宇宙飞行器的影响，该主惯性轴具有距几何轴不可避免的偏移，并且受到用于测量角速度的陀螺仪对准卫星几何轴的限制，因此角速度量包括了下述部分，该部分与几何轴和主惯性轴之间产生的偏差及绕旋转轴的角速度成正比。

本发明的目的在于提供一种对绕着一本体轴(旋转轴)旋转移动的飞行器进行姿态控制的装置，该装置首先能以可靠的方式将章动振幅限制为一个常量。

本发明的另一个目的在于提供一种对绕本体轴旋转移动的宇宙飞行器进行姿态控制的方法。