高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法技术

本发明专利技术提供了一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，包括将固定产品简化，计算星上固定产品的质量特性；计算星上具有一次性状态转换产品的质量特性；根据发动机推力、比冲和发动机工作时间计算出贮箱内推进剂剩余量及对应的液面高度，再根据贮箱形状、安装位置等计算并联平铺贮箱内推进剂的质量特性；计算卫星在转移轨道段的质量特性，得到各时间点对应的卫星质心位置和卫星转动惯量及惯性积，通过编程循环计算获得整个转移段内的卫星质量特性。本发明专利技术针能够快速准确的获取卫星在转移轨道段的质量特性变化规律，为卫星发射前的动力学分析提供依据，也为卫星发射后在轨安全提供保障。

【技术实现步骤摘要】
高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法
本专利技术涉及空间飞行器总体技术，具体地，涉及一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法。
技术介绍
高轨卫星(地球同步轨道卫星)为了完成轨道转移，需要在转移轨道段进行多次点火机动，远地点发动机点火期间，星上携带的燃料快速消耗，整个变轨段，消耗的燃料质量占据卫星总质量的一半左右，将引起卫星质量特性发生显著的变化，尤其使质心偏心的增加将导致远地点发动机干扰力矩的上升，给点火期间卫星姿态控制带来安全隐患。因此，需要在卫星发射前对卫星在转移轨道段质量特性进行准确测量和计算，以获取变轨期间的质量特性变化规律。目前，采用地面质量特性测试设备直接测量卫星在帆板收拢状态下的质量特性，但是无法测量卫星充液且帆板展开状态的质量特性。国内外一般都采用地面计算的方法来预测卫星在变轨段的质量特性。但是，受到多种因素的影响，计算的效率和精度一直是高轨卫星质量特性计算所面临的难点。此外，由于并联平铺贮箱卫星的特殊性，以及圆柱体加首尾两个半球体的贮箱形状引起的卫星质心变化与燃料的消耗量之间非线性关系，给计算带来了更大的困难。目前，没有发现同本专利技术类似针对并联平铺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将星上固定产品简化为质点，计算固定产品的质量特性；步骤S2：计算星上设置的一次性状态转换产品的质量特性；步骤S3：根据星上发动机的推力、比冲和的工作时间计算出贮箱内推进剂剩余量及对应的液面高度，再根据贮箱的形状、安装位置计算出并联平铺贮箱内推进剂的质量特性；步骤S4：根据所述固定产品、所述一次性状态转换产品以及推进剂的质量特性得到各时间点对应的卫星质心位置和卫星转动惯量及惯性积，进而获得整个转移段内的卫星质量特性。

【技术特征摘要】
1.一种高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将星上固定产品简化为质点，计算固定产品的质量特性；步骤S2：计算星上设置的一次性状态转换产品的质量特性；步骤S3：根据星上发动机的推力、比冲和的工作时间计算出贮箱内推进剂剩余量及对应的液面高度，再根据贮箱的形状、安装位置计算出并联平铺贮箱内推进剂的质量特性；步骤S4：根据所述固定产品、所述一次性状态转换产品以及推进剂的质量特性得到各时间点对应的卫星质心位置和卫星转动惯量及惯性积，进而获得整个转移段内的卫星质量特性。2.根据权利要求1所述的高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：步骤S101：将固定产品简化为质点，忽略固定产品相对于自身质心坐标系的转动惯量和惯性积，计算固定产品在卫星机械坐标系下的质量、质心、转动惯量和惯性积；具体为，固定产品的质量MG为：其中，mGi为第i个固定产品的质量，N为固定产品的数量；固定产品的质心(XG，YG，ZG)为：其中，XGi为第i个固定产品的质心在卫星机械坐标系下X方向的坐标，进而得到步骤S102：计算星上所有固定产品的转动惯量(IGXX，IGYY，IGZZ)和惯性积(IGXY，IGXZ，IGYZ)；具体为进而得到,3.根据权利要求1所述的高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：步骤S201：计算状态转换前一次性状态转换产品的质量特性，包括一次性状态转换产品相对卫星机械坐标系的质心位置LSL和相对一次性状态转换自身质心坐标系的转动惯量和惯性积ISL；其中，一次性状态转换产品相对卫星机械坐标系的质心位置矢量LSL表示为：LSL＝[LSLxLSLyLSLz](5)相对一次性状态转换产品自身质心坐标系的转动惯量和惯性积可ISL表示为：其中，设状态转换前的一次性状态转换产品的质量为MSL；步骤S202：计算状态转换后一次性状态转换产品质量特性，包括一次性状态转换产品相对卫星机械坐标系的质心位置和相对一次性状态转换产品自身质心坐标系的转动惯量和惯性积；其中，一次性状态转换产品相对卫星机械坐标系的质心位置矢量LZK表示为：LZK＝[LZKxLZKyLZKz](7)相对一次性状态转换产品自身质心坐标系的转动惯量和惯性积IZK表示为其中，设状态转换后的一次性状态转换产品的质量为MZK；步骤S203：计算状态转换前且未充液状态下的卫星质量特性，包括相对卫星机械坐标系的质心位置和相对未充液状态下的卫星的自身质心坐标系的转动惯量和惯性积；未充液状态下的卫星相对卫星机械坐标系的质心位置矢量LXSL表示为：LXSL＝[LXSLxLXSLyLXSLz](9)相对未充液状态下的卫星自身质心坐标系的转动惯量和惯性积IXSL表示为：其中，设未充液状态下的卫星质量为MXSL；步骤S204：计算不包含一次性状态转换产品的卫星质量特性，包括相对卫星机械坐标系的质心位置和不包含一次性状态转换产品的卫星的自身质心坐标系的转动惯量和惯性积；不包含一次性状态转换产品的卫星相对卫星机械坐标系的质心位置矢量LXG表示为：LXG＝[LXGxLXGyLXGz](11)相对不包含一次性状态转换产品的卫星自身质心坐标系的转动惯量和惯性积IXG表示为：其中，设不含具有一次性状态转换产品的卫星，即卫星干重为MXG，步骤S204：根据质心计算公式，有如下表达式：进而求得帆板展开状态下的卫星质心位置LXZK；根据惯量计算公式，有如下表达式：进而求得帆板展开状态下的卫星X向转动惯量即帆板展开状态下的卫星X向转动惯量，同理可求得和根据惯性积计算公式，有进而求得帆板展开状态下的卫星XY向惯性积即帆板展开状态下的卫星XY向惯性积，同理可求得和4.根据权利要求1所述的高轨并联平铺贮箱卫星转移段质量特性计算方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：步骤S301：建立贮箱坐标系OpXpYpZp，所述贮箱两端部为半球体，内径为R1；中间为圆柱体，内径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓杰，洪振强，曾擎，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31