一种卫星电推进系统及故障情况下的在轨位保方法技术方案

本发明专利技术提供一种卫星电推进系统，包括：电推力器，每台所述电推力器推力方向指向卫星的质心，其中：在卫星背地板上定义一个矩形区域，矩形的几何中心位于卫星质心在背地板的投影交点，矩形的四条边分别与卫星X轴和Y轴垂直，四台电推力器位于矩形的四个顶点位置对称安装。以及一种故障情况下的在轨位保方法，包括以下步骤：处于升交点附近时，北侧剩余的所述电推力器轮流点火；处于降交点附近时，南侧剩余的所述电推力器轮流点火；卫星采用上述方法进行南北位置保持的倾角修正，每天剩余的所述电推力器的总点火时间对应每天南北位置保持所需的倾角修正量。使用本申请的技术方案，能够自动获得电推力器点火位置和点火持续时间等参数，提高推进剂的使用效率，可满足GEO卫星的在轨位置保持需求。的在轨位置保持需求。的在轨位置保持需求。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星电推进系统及故障情况下的在轨位保方法


[0001]本专利技术涉及静止轨道卫星在轨位置保持技术，尤其涉及一种卫星电推进系统及故障情况下的在轨位保方法。

技术介绍

[0002]地球静止轨道(GEO)卫星在轨运行阶段需要定期进行东西方向和南北方向的位置保持，将卫星星下点经度和纬度控制在规定的范围内，确保卫星有效载荷对地指向要求，避免与相邻卫星发生电子干扰和物理碰撞。
[0003]GEO卫星一般采用化学推力器分别进行东西位置保持和南北位置保持，东西位置保持一般每7天进行一次，南北位置保持一般每14天进行一次。随电推进技术在空间应用的快速发展，利用电推力器进行位置保持已经在GEO卫星上广泛应用。
[0004]化学推力器的推进较大，一般可达到10N，但比冲较低，一般在300s左右；电推力器的推力较小，一般低于100mN，比冲较高，一般在3000s左右。
[0005]由于电推力器比冲是化学推力器的10倍以上，电推力器进行在轨位置保持的燃料效率极大提高，因此电推力器进行位置保持是当前GEO卫星主流配置。
[0006]绝大多数GEO卫星利用电推力器进行南北位置保持，东西位置保持仍然使用化学推力器，如A2100平台、E3000平台、SpaceBus4000平台等。
[0007]GEO卫星一般配置4台电推力器，正常模式下每天4台电推力器轮流点火，当1台或2台电推力器失效情况下，正常模式的电推进位保策略无法进行有效的东西和南北位保。

技术实现思路

[0008]1.目的：
>[0009]电推力器在轨进行位置保持时可能会出现单台或两台故障的情况，此时正常模式电推力器位置保持策略不能进行有效的东西和南北位置保持，必须为剩余的电推力器设计故障模式下的东西和南北方向的位置保持优化策略。
[0010]本文提出一种单台或者对角安装的两台电推力器故障情况下的在轨东西和南北位置保持的优化策略，通过优化电推力器点火位置和点火持续时间等参数，提高推进剂的使用效率，可满足GEO卫星的在轨位置保持需求。本专利适用于采用电推力器进行位置保持的地球同步轨道卫星。
[0011]2.技术方案：
[0012]本专利技术提出一种卫星电推进系统，其特征在于，
[0013]电推力器，数量为四台，每台所述电推力器通过双轴矢量调整机构安装于卫星背地板，其推力方向指向卫星的质心，其中：
[0014]在卫星背地板上定义一个矩形区域，矩形的几何中心位于卫星质心在背地板的投影交点，矩形的四条边分别与卫星X轴和Y轴垂直，四台电推力器位于矩形的四个顶点位置对称安装。
[0015]双轴矢量调整机构可将电推力器的推力方向指向卫星的质心，此时每台电推力器均能够同时产生沿南北方向和东西方向的推力。
[0016]进一步地，同侧的两台所述电推力器之间具有一定距离。
[0017]本专利技术提出一种故障情况下的在轨位保方法，基于上述卫星电推进系统，包括以下步骤：
[0018]每天卫星处于升交点附近时，北侧剩余的所述电推力器轮流点火，电推力器累计总点火弧长的中点对应升交点位置；
[0019]每天卫星处于降交点附近时，南侧剩余的所述电推力器轮流点火，电推力器累计总点火弧长的中点对应降交点点位置；
[0020]卫星采用上述方法进行南北位置保持的倾角修正，每天剩余的所述电推力器的总点火时间对应每天南北位置保持所需的倾角修正量。
[0021]进一步地，通过调整剩余每个电推力器的点火时间，在进行南北位置保持期间同时完成定点经度偏差的修正。
[0022]进一步地，当单台电推力器故障时，在剩余三台电推力器轮流点火后，分别利用无故障且互为对角位置的两台电推力进行第四和第五次点火，第四次点火后立即进行第五次点火，第四和第五次点火持续时间相等，产生净径向分量用来进行偏心率控制，第四次点火持续时间和第四次点火结束位置以消除第一次到第三次点火产生的额外偏心率为目标进行确定。
[0023]进一步地，当对角两台推力器故障时，分别利用剩余两台电推力进行第四和第五次点火，第四次点火后立即进行第五次点火，第四和第五次点火持续时间相等，产生净径向分量用来进行偏心率控制，第四次点火持续时间和第四次点火结束位置以消除第一次到第三次点火产生的额外偏心率为目标进行确定。
[0024]本专利技术提出一种电推力器点火参数优化方法，用于上述方法，包括以下步骤：
[0025]将每天升交点和降交点电推力器点火全部结束时刻为起点，进行一段时间的轨道预报，将期间卫星相对定点经度的最大偏差最小作为优化目标，将每天升交点和降交点电推力器的点火持续时间作为优化变量，利用优化方法对电推力器点火持续时间进行优化计算，保证卫星相对定点经度的偏差控制到最小，如果偏差不满足东西位保精度要求，适当增加每天升交点和降交点的总点火时间，重新进行优化计算，直到偏差满足东西位保精度要求。
[0026]本专利技术提出一种电推力器点火参数优化方法，用于上述方法，包括以下步骤：
[0027]将第四次点火结束时刻和第四次点火持续时间作为优化变量，将每天升交点和降交点电推力器点火全部结束时刻为起点，进行一段时间的轨道预报，将期间卫星的最大偏心率最小作为优化目标，利用优化方法对第四次点火结束时刻和其对应的点火持续时间进行优化计算，将每天卫星的偏心率修正到最小。
[0028]进一步地，所述优化方法为穷举法或参数优化法。
[0029]3.效果
[0030]本专利技术提出一种卫星电推进系统及故障情况下的在轨位保方法，能够自动获得电推力器点火位置和点火持续时间等参数，提高推进剂的使用效率，可满足GEO卫星的在轨位置保持需求。本专利技术具有如下优点：
[0031]1)单台或对角两台电推力器故障情况下，剩余电推力器能够同时完成GEO卫星的东西和南北方向位置保持。
[0032]2)在升交点和降交点进行南北位置保持，电推力器工作效率最高，电推力器总点火时间可根据每天倾角修正量进行计算。对于单台电推力器故障情况，只需对剩余3台电推力器的点火持续时间进行优化，对于对角电推力器故障情况，只需对剩余2台电推力器的点火持续时间进行优化，优化目标只需考虑定点位置偏差最小。
[0033]3)增加的第4次和第5次点火只对偏心率有影响，不会引起倾角变化和定点偏差改变，较易获得最优解。
[0034]能够通过优化直接获得电推力器的点火持续时间参数，便于自主进行卫星在轨位置保持操作。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例中地球静止轨道卫星坐标系定义示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例中地球静止轨道卫星电推力器布局示意图；
[0037]图3是本专利技术实施例中地球静止轨道卫星电推单台故障情况下的位保策略示意图；
[0038]图4是本专利技术实施例中静止轨道卫星28天位保期间倾角变化曲线示意图；
[0039]图5是本专利技术实施例中静止轨道卫星28天位保期间偏心率变化曲线示意图；
[0040]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星电推进系统，其特征在于，包括：电推力器，数量为四台，每台所述电推力器通过双轴矢量调整机构安装于卫星背地板，其推力方向指向卫星的质心，其中：在卫星背地板上定义一个矩形区域，矩形区域的几何中心位于卫星质心在背地板的投影交点，矩形的四条边分别与卫星X轴和Y轴垂直，四台电推力器位于矩形的四个顶点位置对称安装。2.根据权利要求1所述的卫星电推进系统，其特征在于，同侧的两台所述电推力器之间具有一定距离。3.一种故障情况下的在轨位保方法，其特征在于，基于如权利要求1
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2任一项所述的卫星电推进系统，包括以下步骤：每天卫星处于升交点附近时，北侧剩余的所述电推力器轮流点火，电推力器累计总点火弧长的中点对应升交点位置；每天卫星处于降交点附近时，南侧剩余的所述电推力器轮流点火，电推力器累计总点火弧长的中点对应降交点点位置；卫星采用上述方法进行南北位置保持的倾角修正，每天剩余的所述电推力器的总点火时间对应每天南北位置保持所需的倾角修正量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过调整剩余每个电推力器的点火时间，在进行南北位置保持期间同时完成定点经度偏差的修正。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当单台电推力器故障时，在剩余三台电推力器轮流点火后，分别利用无故障且互为对角位置的两台电推力进行第四和第五次点火，第四次点火后立即进行第五次点火，第四和第五次点火持续时间相等，产生净径向分量用来进行偏心率控制，第四次点火持续时间和第四次点火结束位置以消除第一次到第三次点火产生的额外偏心率为目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新刚，裴胜伟，黄华，侯凤龙，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：