提高卫星热控系统可靠性的对策

为提高卫星(特别是长寿命卫星)热控系统的可靠性,探讨了在热控设计、热控系统与卫星总体关系及空间环境影响等方面应采取的对策。特别是对一些长寿命卫星常用的星体外表面涂层的性能衰退现象作了较深入的介绍。对今后关于热控系统可靠性的研究提出了建议。     

卫星姿控系统中的飞轮

飞轮又称动量轮或惯性轮,是卫星姿控系统中的执行元件,并对星体有稳定作用。卫星执行机构分两类:一类是质量喷射,包括各种喷气机构和离子推力器;另一类是动量交换,各种飞轮执行机构均属此类。一般认为:长寿命卫星姿控系统用动量交换产生控制力矩比用质量喷射更为适宜,主要理由如下: 1.飞轮为连续控制执行机构,能给出较精确的控制力矩和较高的控制速率。质量     

姿控系统的能控度

一、前言采用喷气或飞轮作为执行机构的姿控系统,其控制量的幅值都有一定的限制,燃料或能量也有限制。对于三轴稳定卫星,控制的主要目的是消除姿态偏差。姿控系统的结构,首先要保证系统能控,但是一个仅是能控的姿控系统,即使使用最优控制规律,其控制效果也可能很差。因为只要把一个不能控系统的执行机构移动很小的位置,就可以使系统变成能控,但其能控度很差,要用很大的能量和很长的时间才能消除很小的姿态偏差。这就提出一个问题,当控制目的确定以后,应该按什么准则来构造姿控系统,才能使它的能控度最大。     

海洋卫星水色仪羽流污染DSMC模拟研究

在当前和今后很长一段时间内,我国卫星姿轨控系统都将液体小发动机作为主要推进系统。对于长寿命、高可靠卫星,羽流污染评估具有重要意义,而数值模拟则是有效方法。采用DSMC方法模拟了海洋卫星单组元轨控发动机羽流对水色仪表面可能造成的污染,通过这个算例验证了DSMC方法在羽流污染模拟中的重要作用。假设羽流组分为NH3、N2、H2,水色仪表面温度为100K,计算结果显示在水色仪所在位置发动机羽流造成污染影响最小,可以忽略不计。这表明推进系统选择合理,卫星结构设计合理。     

卡尔曼滤波在卫星姿控系统测试中的应用

为解决卫星姿控系统测试中地面运动模拟器速度稳定度不能满足测试要求的问题,根据卫星姿控系统的测量值和卫星动力学方程输出的姿态参数,用非线性卡尔曼滤波估计和修正测试设备的误差,以减少测试系统误差。仿真结果表明,该法可有效减小由测试设备引入的误差,其姿态稳定度约为0.000 5(°)/s,可满足高稳定度姿控系统测试要求。     

微型反作用飞轮技术

针对微小卫星姿控系统对微型飞轮的需求,设计了一种微小型、长寿命的飞轮.给出了微型飞轮的总体组成.控制电路采用数字量控制一体化设计,电机转子和轮体一体化设计,控制软件实现对飞轮两种工作模式四种工作状态的控制.介绍了轴承组件的润滑系统、预载荷设计和寿命预测,电机组成及特性、定子和转子,控制电路的微控制单元、电动驱动单元、电机电流采样反馈单元、飞轮温度采样处理单元、RS485通信接口电路及其电路元器件选用,飞轮控制软件需求、任务流程和运行模式等关键技术.地面和环境模拟试验考核表明:微型飞轮设计正确,各项性能指标满足微小卫星姿控系统要求.     

新型小卫星姿态控制技术

轻型高精度姿态控制技术是小卫星技术中的一个关键技术。控制精度高和重量轻是适用于小卫星的两个基本特点。本文介绍了一种新的轻型高精度姿态控制系统。它采用衍射光学和折衍混合光学技术设计的星敏感器光学系统可以减少光学元件数目,具有重量轻、像质好,传光效率高的优点:运用先进的微电子集成技术,采用大规模可编程逻辑器件,设计研制高集成度的星像信号处理装置;利用复合轴控制技术,将姿态控制的精密部分作用在有效载荷的视轴上,这样可以降低对卫星的姿态控制要求,从而简化姿控系统,减轻重量。     

金星着陆器载荷舱热控系统设计研究

针对金星高温环境,提出了一长寿命金星着陆器的载荷舱热控系统设计方案。研究了载荷舱热控系统的热载荷、载荷舱、制冷方案和热平衡。优化设计后的载荷舱结构承压性能不变,且质量减小,特别是在主动制冷失效时,在被动热控下可保证电子设备工作寿命大于2h,采用斯特林循环技术是着陆器实现长寿命的关键。基于初步的着陆器载荷舱构架,对热控系统进行了热平衡分析。研究结果表明:该热控系统设计方案能满足载荷舱在金星表面长期探测任务的需求。     

卫星二次表面镜

卫星二次表面镜（SSM）是航天器热控系统中非常重要的被动热控器件,具备低太阳吸收率、高热发射率以及静电防护功能。兰州空间技术物理研究所积二十余年的SSM研发经验,推出具有完全自主知识产权的SSM产品系列。产品技术指标达到国际同类产品先进水平,性能满足长寿命高可靠航天器的要求,广泛应用在我国不同平台的卫星上。     

气浮台在卫星控制系统仿真中的应用

本文叙述单轴和三轴气浮台仿真设备在卫星控制系统仿真中的应用,主要包括空间太阳望远镜高精度姿控系统单轴气浮台物理仿真试验研究、大型卫星平台单框架控制力矩陀螺(CGCMG)控制系统三轴气浮台物理仿真试验研究、东方红四号卫星控制系统全物理仿真试验.     

三轴稳定遥感卫星姿控系统故障情况下的系统重构

论述三轴对地稳定遥感卫星姿控系统中部分轮子或部分陀螺故障情况下的姿控系统重构。文中论述了只在俯仰通道有一偏置动量轮正常工作，而滚动和偏航通道轮子故障条件下的系统重构。另外还论述了偏航陀螺故障，姿控系统其它部件正常情况下，控制系统采用Whecon原理与PIM控制相结合的设计。以上两种系统重构拟用于实际系统中，经过数学仿真验证，姿控系统在故障情况下能够完成基本任务。     

微小卫星反作用飞轮控制方法研究

将反作用飞轮作为执行机构,用于微小卫星的高精度三轴稳定。根据卫星姿态运动学和动力学模型,提出采用反作用飞轮的控制算法,并证明了该控制算法的稳定性。最后对该控制算法进行了计算机仿真。结果表明,采用该控制方式的卫星能迅速实现姿态捕获,卫星稳态姿控精度非常高(圆轨道卫星的姿态稳定精度可达0.004°)。     

中巴资源一号卫星（FM1）热控分系统在轨飞行性能分析

论述了中国和巴西联合研制的资源一号首发卫星(FM1)的热设计概况，根据在轨飞行四年的温度遥测数据，进行了天地数据比对和整星的热控性能分析，并对有效载荷CCD相机、磁带机以及电源和姿轨控系统的关键设备(如Cd—Ni电池、红外地平仪、陀螺组件等)的控温效果给以了评价，对热控分系统的主要部件(如热迭涂层、多层隔热材料、电加热器等)的热控性能作出了评估。分析表明，热控分系统的设计满足了总体的技术要求，为整星提供了良好的温度环境，同时也为延长卫星寿命提供了一个基本条件。     

末修姿控系统极性检测仪设计

为满足末修姿控动力系统与控制系统一致性和协调性检测而研制的末修姿控系统极性检测仪,能实时检测并显示末修姿控动力系统根据控制系统发出的控制指令按时序动作的情况,从而为控制系统提供可靠的判断数据,确保了末修姿控动力系统的正常工作。末修姿控系统极性检测仪使用方便,操作界面简单,可自动记录、保存检测数据,并可离线浏览、打印,自动化程度高;同时仪器内部嵌入控制信号模拟线路,可自动进行模拟自检测试,从而提高工作效率,减少设备投入,其便携式、小型化设计更适应了机动、灵活的使用需求。     

基于非线性干扰观测器的临近空间拦截弹姿态控制

为满足临近空间拦截弹在大干扰强耦合情况下高精度姿态控制问题,设计了基于非线性干扰观测器的自适应鲁棒反演控制器。建立了基于直接力控制的拦截弹三通道姿态控制系统模型;采用二阶滑模微分器,估计计算反演控制中虚拟控制量的导数,解决了"微分膨胀"的问题;为提高姿控系统控制精度,对模型的未知信息和外界干扰做高精度的估计和补偿,依据二阶跟踪微分器,设计了一种新型非线性干扰观测器;并采用PSR调制器将连续控制量离散化,通过姿控发动机实现变推力控制。数字仿真结果显示,设计的姿态控制器跟踪速度快、精度高,对系统不确定和干扰具有强鲁棒性。     

动平衡对小卫星姿态的影响及配重优化

针对小卫星动平衡问题;从小卫星姿态精度角度分析卫星动平衡的必要性,并提出配重优化方法、首先进行理论和仿真分析,表明质心偏移降低星体姿态精度、增加姿控能源和工质消耗、并导致姿态确定和控制器设计参数产生偏差;从而导致卫星姿态产生系统误差;因而动平衡是提高卫星服役质量和服役寿命的必要步骤。然后提出配重优化的动态规划法和单纯形法优化模型,并给出程序设计以及计算实例。     

大气环境监测卫星姿轨控分系统设计与在轨验证

大气环境监测卫星是我国首颗大气环境综合探测卫星。本文介绍了大气环境监测卫星的姿轨控分系统(AOCS)设计，包括体系结构、高精度姿态测量设计和稳态飞轮控制方案等，重点论述了姿态补偿方法和在轨验证情况。在轨数据表明，卫星的姿态测量精度、指向精度和姿态稳定度均满足指标要求。     

“高分四号”卫星遥感技术创新

"高分四号"卫星是中国首颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项工程的重要组成部分。"高分四号"卫星将高时间分辨率和较高空间分辨率相结合,为减灾、气象、地震和林业等多个行业的应用提供遥感数据服务,并为海洋、国土和水利等行业以及国防建设提供遥感数据支持,实现中国民用高分卫星研制和卫星遥感应用领域的新突破。文章分析了"高分四号"卫星在运行轨道、探测手段、控制体制等多方面的任务特点,总结了卫星总体设计技术、高精度控制技术、复杂条件下像质保障技术、高精度热控技术、高可靠长寿命技术等创新点,为中国静止轨道高分辨率光学遥感领域后续发展提出重要建议。     

关于磁强计与磁力矩器分时工作方案的研究

鉴于磁力矩器与磁强计同时工作会对磁强计地磁测量精度产生很大影响,本文提出一个磁强计与磁力矩器分时工作的方案,然后比较了卫星姿控系统采用不分时/分时两种方案的差异,最后研究了不同分时比例对卫星姿态控制的影响。通过仿真发现:当姿控系统采用分时方案时,电能消耗较少,早期阶段的控制精度较高,而后期稳态阶段的控制精度则相对较低;随着磁力矩器占用时间比例的下降,卫星姿态控制精度呈抛物线下降,卫星进入稳态控制阶段的时间也大大延长;分时比例存在一个相当大的范围,当在此范围内变化时,卫星姿态控制精度较高且变化幅值不大。此外,研究结果也反映出PD控制律良好的控制能力和鲁棒性。     

高分三号卫星控制分系统设计与在轨验证

高分三号(GF-3)卫星是国内首颗设计寿命8年且转动惯量最大的低轨遥感卫星。与以往同类卫星相比,文章针对GF-3卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度姿态全零多普勒导引技术、高精度高稳定度姿态控制技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。