[发明专利]三轴稳定对地定向卫星的姿态控制系统和其搜索太阳和地球的方法

说明书

本发明涉及一种用于三轴稳定对地定向卫星的姿态控制系统，以及采用这种姿态控制系统搜索太阳和地球的方法。

一种具有这样的姿态控制系统的卫星已由H.Bittner等人的文章公开(见文章题目：The Attitude Determination andControl Subsystem of the Intelsat V Spacecraft，发表在Proceedings of AOCS conference上，Noordijk 3-6.1977.10，ESA SP-128，1977.11)。此卫星可借助于它的姿态控制系统进行各种机动飞行(在过渡轨道和静止轨道上需要这些机动飞行)，例如，搜索太阳，即将Z轴对准地心；远地点机动飞行，即在过渡轨道的远地点在进入远地点之前将Z轴对准静止轨道方向；为了一直保持规定方向而进行的所有简单的姿态控制机动飞行，亦即在丢失姿态参照物(如太阳和/或地球)时进行的再搜索机动飞行。

这种已知卫星的姿态控制系统包括一个应用当时所要求的调节定律的调节器；若干执行元件(即姿态控制喷管)，执行元件按调节器给出的调节信号的比例绕卫星的三根主轴(X，Y，Z)中的每根轴都产生调节力矩；若干太阳敏感器；一个地球敏感器；和一个备用的、可三轴测量的陀螺装置，此陀螺装置用于直接测量卫星旋转速度矢量(最好是绕卫星主轴的)的分量。太阳敏感器有第一视野，它在负Z轴附近总共包括半个XZ平面和垂直于该平面的一定宽度，太阳敏感器还有第二视野，它在X轴附近总共包括三分之一的XY平面和垂直于该平面的一定宽度。地球敏感器象通常那样将其光轴定向于Z轴方向，在静止轨道上，Z轴永远对准地心(对地定向)。

直接测量跟踪卫星旋转速度矢量(ω＝(ω_X，ω_Y，ω_Z)^T)在卫星本体坐标系上的分量的、可作三轴测量的陀螺装置是姿态控制系统的遥测发送器的主要元件。为了能进行所希望的姿态控制机动飞行，必须进行相应的调节，因此，在这种已知的卫星中需遥测发送器的测量数据。但是，使用这种陀螺也有很严重的缺点，即与电机部件有关，特别是宇宙极端恶劣的条件下对电机部件的要求非常高，并且它们易受干扰和易磨损。由此而需要的备用设置意味着价格提高。

本发明的任务在于，提供一种上述的姿态控制系统，它具有尽可能低的价格，功能可靠。

这个任务按本发明由以下途经完成，即，太阳敏感装置的视野在坐标系的一个平面内包括周角0≤α₁≤2π，并且为了姿态控制系统，仅有太阳敏感装置和地球敏感器。

因此，从现在起使用这样一种太阳敏感装置，它的视野在卫星本体坐标系的一个平面(所谓的“视野平面”，例如XZ平面)内，包括周角α₁(0≤α₁≤ 2π)α₁是在此平面从任意一个选定的参考方向(比如X轴)旋转的角度。在视野平面内同样要求环视。与视野平面垂直(例如在Y轴方向)当然必须给出一个最小视野宽度，因此两轴测量成为可能。

一种阐述了进行太阳搜索和地球搜索的方法，该方法可以使用在本发明所述的姿态控制系统中，该系统不使用陀螺。

搜索太阳是一种机动飞行，这种机动飞行将卫星的一主轴(例如X轴)对准太阳。在Y轴方向可拉出的、并可绕Y轴旋转的太阳电池至少能部分展开，并能转向太阳，以便保持某种最小规模的能量供应(例如在过渡轨道)。搜索地球的机动飞行的目的是，将卫星三主轴中的另一主轴(例如Z轴)对准地心，因为，用于与地面站(一个或多个)通讯的卫星天线定向于这个方向。这种机动飞行通常在过渡轨道上进行，但在最终的静止轨道上进行完远地点机动飞行后也进行这种机动飞行。

本发明的太阳搜索和地球搜索按照下述方式进行，即，从卫星的任意一种可能的摆状态开始搜索。