一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法技术

本发明专利技术一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法，不仅满足了桁架式GEO卫星推力器均在推进服务舱布局的分舱模块化设计基本需求，而且将推进服务舱背地板四角安装的4个10N推力器按照具有尽可能大的卫星变轨效率、足够大的克服大推力变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推进剂沉底及三轴姿态控制与角动量卸载等需求设计其布局方位角，在整星质心明显高于推进服务舱上端的不利条件下，东西位保、南北位保的推力器布局采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，使东西位保的推力器布局兼顾俯仰姿态控制与角动量卸载功能，使南北位保的推力器布局兼顾滚动、俯仰、偏航姿态控制与角动量卸载功能，节省姿态控制与角动量卸载推进剂。

【技术实现步骤摘要】
一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法
本专利技术涉及一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法，属于航天器控制

技术介绍
地球静止轨道(GEO)卫星通常安装1个大推力变轨发动机和12台以上的化学推力器，完成卫星变轨、定点、东西和南北位置保持、姿态控制和角动量卸载等任务，推进分系统推力器布局要考虑到卫星结构安装约束、推力器羽流影响、控制分系统要求。有中心承力筒结构的GEO通信卫星，两个推进剂贮箱是沿Z轴安装的，轻一点的燃箱在上舱，重一点的氧箱在下舱，推力器一般安装在对地板和背地板，背地板位于推进服务舱的底部，对地板位于载荷舱的顶部，因此推力器的管路经过推进服务舱，也经过载荷舱，推力器和管路的安装、测试与拆卸需要对载荷舱进行操作，不便于进行分舱模块化设计。分舱优化设计的桁架式GEO卫星的重量重的推进剂贮箱、蓄电池等通常均在推进服务舱，推力器与管路均在推进服务舱，有可能进行分舱模块化设计，但是机械坐标系中整星质心Z轴坐标仍然明显高于推进服务舱上端的Z轴坐标，东西南北位保的推力器在推进服务舱布局，既不能像中心承力筒结构的GEO通信卫星那样将推力器安装在对地板和背地板，也不能根据质心高度安装在星体腰部，也不能以寿命中期的整星质心Z轴坐标为中心，在卫星四角上下对称布局了，使分舱模块化的推力器布局的优化有很大困难。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：不仅要满足桁架式GEO卫星推力器均在推进服务舱布局的分舱模块化设计基本需求，而且要优化推力器布局。本专利技术的技术解决方案是：一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法，步骤如下：1)在推进服务舱背地板安装大推力变轨发动机，在大推力变轨发动机推力矢量进行标定后，按保证变轨发动机推力矢量通过质心与Z轴方向一致的目标，调整变轨发动机在卫星机械坐标系中的安装方向，使大推力变轨发动机点火时，在X、Y轴方向产生不超过±5.0Nm的干扰力矩，在Z方向产生不超过±0.7Nm的干扰力矩；2)在推进服务舱背地板四角沿Z方向安装4个10N推力器1A、2A、3A、4A，再将东边2个推力器1A、4A和西边2个推力器2A、3A的喷管方向分别向东和向西偏转一个θ角，或将南边2个推力器1A、2A和北边2个推力器3A、4A的喷管方向分别向南和向北偏转一个θ角，按照具有尽可能大的卫星变轨效率、足够大的克服变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推进剂沉底及三轴姿态控制与角动量卸载的要求，进行推力器布局，保证推力器1A、2A、3A、4A配对工作，产生的三轴姿态控制力矩不小于变轨发动机点火时对应轴的干扰力矩的2倍；3)采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱东板和西板中间，即XOZ平面内，各安装2个推力器1E、2E和1W、2W，用于东西位保，并且兼顾俯仰姿态控制与角动量卸载功能，东西位保推力器的推力矢量与卫星本体系Z轴相交点包容了全寿命期间的整星质心变化范围，且各留出裕度，确保东西位保推力器工作时俯仰姿态控制的极性正确；4)采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱南板和北板各安装4个10N推力器1S、2S、3S、4S和1N、2N、3N、4N，以YOZ平面对称布局，用于南北位保，并且兼顾滚动、俯仰、偏航姿态控制与角动量卸载功能，南北位保推力器的推力矢量与卫星本体系XOZ平面相交点的Z轴分量包容了同步轨道全寿命期间的整星质心变化范围，且各留出裕度，确保南北位保推力器工作时滚动姿态控制的极性正确；5)南板10N推力器3S、4S和北板10N推力器3N、4N分别与推力器1S、2S和推力器1N、2N保持斜向平行布局，不降低南北位保工作效率，但推力器3S、4S和推力器3N、4N安装位置的Z轴分量降低到足够小，兼作变轨期间背地板1A、2A、3A、4A的姿态控制备份；6)推力器布局后进行10N推力器羽流影响分析，确保星表附件受到的推力器羽流干扰力、干扰力矩、热流量、微粒污染累计量应在允许范围内，所述星表附件包括星上敏感器、太阳翼、大天线、可展开热辐射器，否则调整相关推力器的安装位置和安装角。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1、本专利技术将推进服务舱背地板四角安装的4个10N推力器按照具有尽可能高的卫星变轨效率、足够大的克服大推力变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推进剂沉底及三轴姿态控制与角动量卸载等需求设计推力器布局方位角。2、在整星质心明显高于推进服务舱上端的不利条件下，东西位保的推力器在东板西板各安装2个，推力器布局采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，使东西位保的推力器布局兼顾俯仰姿态控制与角动量卸载功能，东西位保推力器的推力矢量与卫星本体系Z轴相交点应包容全寿命期间的整星质心变化范围，且各留出裕度，确保东西位保推力器工作时俯仰姿态控制的极性正确。3、南北位保的推力器在南板北板各安装4个,推力器布局采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，使南北位保的推力器布局兼顾滚动、俯仰、偏航姿态控制与角动量卸载功能，可节省姿态控制与角动量卸载推进剂，南北位保推力器的推力矢量与卫星本体系XOZ平面相交点的Z轴分量包容了同步轨道全寿命期间的整星质心变化范围，且各留出裕度，确保南北位保推力器工作时滚动姿态控制的极性正确。4、分舱优化设计的桁架式GEO卫星10N推力器布局按16个10N推力器配置，仍有冗余备份，推力器3S、4S和推力器3N、4N安装位置的Z轴分量降低到足够小，可兼作变轨期间背地板1A、2A、3A、4A的姿态控制备份，不仅可节省推进剂、管路，提高卫星载干比、可靠性与性价比，而且便于操作、优化卫星总装测试流程。本专利技术可推广应用到各类质心明显高于推进服务舱上端的桁架式GEO卫星推力器的分舱模块化布局，还可推广应用到GEO卫星的延寿器的推力器布局。附图说明图1为本专利技术方法的流程图；图2为实施例的背地板布局示意图。图3为实施例的东西板布局示意图。图4为实施例的南北板布局示意图。具体实施方式桁架式GEO卫星的推进剂贮箱等通常均在推进服务舱，有可能进行分舱模块化设计，但是桁架式GEO卫星整星质心明显高于推进服务舱上端的Z轴坐标，使分舱模块化的推力器布局的优化有很大困难。本专利技术提出一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法，不仅要满足桁架式GEO卫星推力器均在推进服务舱布局的分舱模块化设计基本需求，而且要优化推力器布局。如图1所示，为本专利技术方法的流程图。其特征在于步骤如下：(1)在推进服务舱背地板安装大推力变轨发动机，在大推力变轨发动机推力矢量进行标定后，按保证变轨发动机推力矢量通过质心与Z轴方向一致的目标，调整变轨发动机在卫星机械坐标系中的安装方向，使大推力变轨发动机点火时，在X、Y轴方向产生不超过±5.0Nm的干扰力矩，在Z方向产生不超过±0.7Nm的干扰力矩；(2)在推进服务舱背地板四角沿Z方向安装4个10N推力器1A、2A、3A、4A，再将东边2个推力器1A、4A和西边2个推力器2A、3A的喷管方向分别向东和向西偏转一个θ角，或将南边2个推力器1A、2A和北边2个推力器3A、4A的喷管方向分别向南和向北偏转一个θ角，按照具有尽可能大的卫星变轨效率、足够大的克服大推力变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推进剂沉底及三轴姿态控制与角动量卸载等需求设计推力器布局方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法，其特征在于步骤如下：1)在推进服务舱背地板安装大推力变轨发动机，在大推力变轨发动机推力矢量进行标定后，按保证变轨发动机推力矢量通过质心与Z轴方向一致的目标，调整变轨发动机在卫星机械坐标系中的安装方向，使大推力变轨发动机点火时，在X、Y轴方向产生不超过±5.0Nm的干扰力矩，在Z方向产生不超过±0.7Nm的干扰力矩；2)在推进服务舱背地板四角沿Z方向安装4个10N推力器1A、2A、3A、4A，再将东边2个推力器1A、4A和西边2个推力器2A、3A的喷管方向分别向东和向西偏转一个θ角，或将南边2个推力器1A、2A和北边2个推力器3A、4A的喷管方向分别向南和向北偏转一个θ角，按照具有尽可能大的卫星变轨效率、足够大的克服变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推进剂沉底及三轴姿态控制与角动量卸载的要求，进行推力器布局，保证推力器1A、2A、3A、4A配对工作，产生的三轴姿态控制力矩不小于变轨发动机点火时对应轴的干扰力矩的2倍；3)采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱东板和西板中间，即XOZ平面内，各安装2个推力器1E、2E和1W、2W，用于东西位保，并且兼顾俯仰姿态控制与角动量卸载功能，东西位保推力器的推力矢量与卫星本体系Z轴相交点包容了全寿命期间的整星质心变化范围，且各留出裕度，确保东西位保推力器工作时俯仰姿态控制的极性正确；4)采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱南板和北板各安装4个10N推力器1S、2S、3S、4S和1N、2N、3N、4N，以YOZ平面对称布局，用于南北位保，并且兼顾滚动、俯仰、偏航姿态控制与角动量卸载功能，南北位保推力器的推力矢量与卫星本体系XOZ平面相交点的Z轴分量包容了同步轨道全寿命期间的整星质心变化范围，且各留出裕度，确保南北位保推力器工作时滚动姿态控制的极性正确；5)南板10N推力器3S、4S和北板10N推力器3N、4N分别与推力器1S、2S和推力器1N、2N保持斜向平行布局，不降低南北位保工作效率，但推力器3S、4S和推力器3N、4N安装位置的Z轴分量降低到足够小，兼作变轨期间背地板1A、2A、3A、4A的姿态控制备份；6)推力器布局后进行10N推力器羽流影响分析，确保星表附件受到的推力器羽流干扰力、干扰力矩、热流量、微粒污染累计量应在允许范围内，所述星表附件包括星上敏感器、太阳翼、大天线、可展开热辐射器，否则调整相关推力器的安装位置和安装角。...

【技术特征摘要】
1.一种分舱优化设计的桁架式GEO卫星推力器布局方法，其特征在于步骤如下：1)在推进服务舱背地板安装大推力变轨发动机，在大推力变轨发动机推力矢量进行标定后，按保证变轨发动机推力矢量通过质心与Z轴方向一致的目标，调整变轨发动机在卫星机械坐标系中的安装方向，使大推力变轨发动机点火时，在X、Y轴方向产生不超过±5.0Nm的干扰力矩，在Z方向产生不超过±0.7Nm的干扰力矩；2)在推进服务舱背地板四角沿Z方向安装4个10N推力器1A、2A、3A、4A，再将东边2个推力器1A、4A和西边2个推力器2A、3A的喷管方向分别向东和向西偏转一个θ角，或将南边2个推力器1A、2A和北边2个推力器3A、4A的喷管方向分别向南和向北偏转一个θ角，对推力器进行布局，保证推力器1A、2A、3A、4A配对工作，产生的三轴姿态控制力矩不小于变轨发动机点火时对应轴的干扰力矩的2倍；3)采用成对10N推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱东板和西板中间，即XOZ平面内，各安装2个推力器1E、2E和1W、2W，用于东西位保，并且兼顾俯仰姿态控制与角动量卸载功能，东西位保推力器的推力矢量与卫星本体系Z轴相...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志成，孙宝祥，李新刚，李峰，裴胜伟，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11