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1、Halo轨道探测器的姿态描述与建模2007年1O月第33卷第1O期北京航空航天大学JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsOctober2007Vo1.33No.1OHalo轨道探测器的姿态描述与建模徐明贾英宏徐世杰(北京航空航天大学宇航学院,北京100083)摘要:日地系Halo轨道位于平动点附近,且不存在以地球为中心的轨道平面,这使得Halo轨道探测器的姿态描述和建模问题完全不同于近地卫星.针对三轴稳定方式的探测器,给出了2种姿态描述方案:对日定向方案(方案I,基于日,地敏感器)和旋转坐标系下定向方案(方案II,基于
2、星敏感器).依据两者所定义的不同轨道坐标系,分别建立了姿态动力学模型.分析2类描述方案的相对误差,发现方案I的上限不超过5%,而方案II的上限不超过0.005%.并就方案I设计了姿态镇定控制器,以验证所提出的姿态描述方案的合理性.结果表明:具体工程应用中应以方案II为正常工作模式,并定期修正星历表的误差;方案I作为备份,保证探测器的正常运行.关键词:Halo轨道;平动点;姿态描述;动力学建模中图分类号:V412.42文献标识码:A文章编号:1001—5965(2007)10—1166-04AttitudedescriptionanddynamicsmodelingforHalo—orbi
3、tspacecraftXuMingJiaYinghongXuShijie(SchoolofAstronautics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)Abstract:HaloorbitlocatesaboutthelibrationpointintheSun—Earthsystemandhasnoorbitalplanefo—cusingtheEarth,whichmakestheattitudedescriptionanddynamicsmodelingforHalo—orbitspac
4、ecraftisquitedifferentfromthatfortheusualsatellitearoundtheEarth.Twodifferentschemesofattitudedescriptionwereproposedforthespacecraftinthethreeaxisstabilization,sun—orientingscheme(SchemeI,usingtheSunandEarthattitudesensors)androtating—referencescheme(SchemeII,usingtheStarattitudesensor).Sotheatt
5、itudedynamicscanbemodeledfromthedifferentorbitalcoordinatesdefinedbythetwoschemes.Theupperlimitsofrelativeerrorsforthetwoschemeswereestimatedtheoretically:nomorethan5%forSchemeI.and0.005%forSchemeII.Acontrollerwasdesignedfortheattitudestabilizationtovalidatethefeasibilityoftheschemes.Theresearchs
6、howsthatSchemeIIiSsetasthenormalmodewiththeastronomicalephemerisperiod—ieallycorrected.whileSchemeIiSusedasthealternatedeviceforthefailuremode.Keywords:Haloorbit;librationpoint;attitudedescription;dynamicsmodeling自1978年ISEE一3成功发射以来,平动点及其Halo轨道的研究越来越引起了航天界的重视.Halo轨道是存在于日地系(或地月系)平动点附近的周期轨道.目前,已有大量关
7、于Halo轨道动力学的文献发表.已发射的6颗平动点探测器,除SOHO为三轴稳定外,其余都采用自旋稳定方式.具体到探测器的姿态描述,尚未有公开发表的论文出现.事实上,此类探测器的轨道和姿态变化频率相差较大,仍可将两者分开来进行分析.但Halo轨道与近地椭圆轨道有很大的不同,即不存在以地球为中心的轨道平面,故需要重新定义轨道坐标系,从而导致Halo轨道探测器与近地航天器在姿态描述方面有很大的差异.本文将基于所收稿13期:2006—10—
