一种确定并联贮箱航天器发射质心的方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种确定并联贮箱航天器发射质心的方法及装置，该方法包括：确定航天器的基本参数；根据预设的约束条件，以贮箱内同种推进剂加注量之差为变量，确定变轨过程中姿态干扰力矩随时间的累积函数，并将累积函数作为目标函数，建立质心优化模型；根据预设的遗传算法以及预设的优化目标对优化模型中的目标函数进行优化得到优化后的变量值，根据优化后的变量值计算航天器发射质心。本申请解决了现有技术中确定的航天器发射质心的准确性较低且非最优解的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种确定并联贮箱航天器发射质心的方法及装置
本申请涉及航天器发射质心计算
，尤其涉及一种确定并联贮箱航天器发射质心的方法及装置。
技术介绍
并联贮箱航天器推进舱并联布置四台贮箱。在发射前，可以通过调节同种推进剂贮箱内推进剂加注量的差异值来调整航天器的质心，从而实现在未配置质量块的情况下，满足运载火箭对航天器横向质心的约束要求。但是，航天器变轨过程中，轨控发动机的推力矢量不能保持通过航天器质心，因而会产生姿态干扰力矩，为此需要消耗额外的推进剂来维持姿态的稳定。随着推进剂的消耗，并联贮箱航天器的横向质心将发生较大变化，进而对姿态干扰力矩和推进剂消耗量产生较大影响。因此，为了使变轨过程中推进剂消耗量最小，在发射前对航天器质心进行优化计算具有重要的工程意义。目前，对并联贮箱航天器，通常在发射前，根据变轨过程中某几个特定时间点处姿态干扰力矩的平均值来计算和选择合适的发射质心。这种方法存在以下两点不足：一方面，有限个特定时间点处姿态干扰力矩的变化不足以真实反映整个变轨过程中姿态干扰力矩和推进剂消耗的情况，尤其是当变轨过程中姿态干扰力矩随时间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定并联贮箱航天器发射质心的方法，其特征在于，包括：/n确定航天器的基本参数，其中，所述基本参数包括所述航天器上贮箱的位置信息、加注推进剂前所述航天器的第一重量信息以及质心位置信息、加注推进剂后所述航天器的第二重量信息、加注推进剂的第三重量信息、发动机推力矢量参数以及变轨策略；/n根据预设的约束条件，以贮箱内同种推进剂加注量之差为变量，确定变轨过程中姿态干扰力矩随时间的累积函数，并将累积函数作为目标函数，建立质心优化模型；/n根据预设的遗传算法以及预设的优化目标对所述优化模型中的目标函数进行优化得到优化后的变量值，根据所述优化后的变量值计算航天器发射质心。/n

【技术特征摘要】
1.一种确定并联贮箱航天器发射质心的方法，其特征在于，包括：
确定航天器的基本参数，其中，所述基本参数包括所述航天器上贮箱的位置信息、加注推进剂前所述航天器的第一重量信息以及质心位置信息、加注推进剂后所述航天器的第二重量信息、加注推进剂的第三重量信息、发动机推力矢量参数以及变轨策略；
根据预设的约束条件，以贮箱内同种推进剂加注量之差为变量，确定变轨过程中姿态干扰力矩随时间的累积函数，并将累积函数作为目标函数，建立质心优化模型；
根据预设的遗传算法以及预设的优化目标对所述优化模型中的目标函数进行优化得到优化后的变量值，根据所述优化后的变量值计算航天器发射质心。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变轨策略包括变轨点火次数以及每次变轨所消耗的推进剂质量，所述约束条件包括运载火箭对航天器的质心偏差约束、贮箱填充比不超过最大值、变轨期间最大干扰力矩不超过要求值、变轨结束后单个贮箱内推进剂剩余量不少于要求值；
根据预设的约束条件，以贮箱内同种推进剂加注量之差为变量，确定变轨过程中姿态干扰力矩随时间的累积函数，并将累积函数作为目标函数，建立质心优化模型，包括：
根据所述发动机推力矢量参数计算发动机推力矢量和推力作用点坐标，计算变轨过程中任一点火时刻航天器的质心坐标；
根据所述发动机推力矢量、所述推力作用点坐标以及所述质心坐标计算变轨过程中任一点火时刻的姿态干扰力矩；
根据所述变轨点火次数以及所述每次变轨所消耗的推进剂质量确定变轨过程中的总点火时长，并根据所述总点火时长以及所述姿态干扰力矩确定所述累积函数。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，计算任一点火时刻航天器的质心坐标，包括：
根据所述航天器上贮箱的位置信息、所述第一重量信息以及所述质心位置信息、所述第二重量信息、所述总点火时长以及贮箱内同种推进剂加注量的差异值计算所述航天器质心横向方向的坐标；
根据所述点火次数、所述每次变轨点火时长以及所述每次变轨所消耗的推进剂质量计算变轨期间任一点火时刻每个所述贮箱内剩余推进剂的体积；
根据预设的贮箱剩余推进器的体积与航天器质心z向坐标的映射关系、所述变轨期间任一点火时刻每个所述贮箱内剩余推进剂的体积以及预设的插值算法确定出相应时刻航天器质心的z向坐标。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发动机推力矢量参数包括发动机推动矢量大小、推移矢量横移量、推动矢量作用点、推动矢量偏移角、推动矢量位置角以及推动矢量偏斜位置角；
根据所述发动机推力矢量参数计算发动机推力矢量和推力作用点坐标，包括：
根据如下公式计算所述发动机推力矢量：
Fx＝Fsinαsinγ
Fy＝-Fsinαcosγ
Fz＝Fcosα
其中，Fx表示所述发动机推动矢量中x方向的分量；Py表示所述发动机推动矢量中y方向的分量；Fz表示所述发动机推动矢量中z方向的分量；F表示所述发动机推动矢量大小；α表示所述推动矢量偏移角；γ表示所述推动矢量偏斜位置角；
根据如下公式计算所述推力作用点坐标：
Px＝δsinβ，Py＝-δsinβ，Pz＝h
其中，Px表示所述推力作用点x方向坐标；Py表示所述推力作用点y方向坐标；Pz表示所述推力作用点z方向的分量；δ表示所述推移矢量横移量；β表示推动矢量位置角；h表示贮箱所在位置的高度。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述航天器上贮箱的位置信息、所述第一重量信息以及所述质心...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹，张旭，刘敏，孙恒超，王海强，张承巍，仲小清，
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