轴沿空间站纵轴,指向头部,轴与空间站横向舱段方向平

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1、空间站平均力矩平衡姿态的气动力矩影响研究*收稿日期：2017-XX-XX基金项目：国家自然科学基金资助项目（11472301）.作者简介：刘将辉（1987－），男，江西于都人，博士研究生，E-mail：liujianghui16@163.com；李海阳（通信作者），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：lihaiyang@nudt.edu.cn.刘将辉，李海阳，张亚坤（国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：空间站平均力矩平衡姿态（ATEA）是空间站姿态机动路径规划与控制策略的基础。为了研究空间站平均力矩平衡姿态（ATE

2、A）的影响因素，建立了空间站的姿态运动模型。分析了气动力矩对空间站平均力矩平衡姿态的影响。建立了空间站的动力学与控制模型，采用典型的PD控制器，分别得出了两种条件下的24组ATEA，结果表明气动力矩对ATEA的影响显著，为了保持空间站ATEA，需要提供周期性的的控制力矩。气动力矩引起的空间站角动量卸载和积累效应不能忽视。关键词：空间站；平均力矩平衡姿态；气动力矩；控制力矩；影响因素；中图分类号：V526文献标志码：A　　　文章编号：InfluenceofAverageTorqueEquilibriumAttitudeoftheSpaceStatio

3、nbasedonAirTorqueLIUJianghui,LIHaiyang,ZHANGYakun(CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:AverageTorqueEquilibriumAttitude(ATEA)oftheSpacestationisthefoundationofSpacestationattitudemaneuverpathplanningandcont

4、rolstrategy.ThemodelsofattitudemovementareestablishedinordertostudyontheinfluencefactorsofAverageTorqueEquilibriumAttitude(ATEA)oftheSpacestation.InfluenceoftheAirtorqueontheATEAofthespacestationisanalyzed.ThemodelsofdynamicandcontroloftheSpacestationareestablished.TypicalPDco

5、ntrollerisused.Groupsof24ATEAareseparatelyobtainedundertwoconditions.TheresultsshowthatAirTorqueexhibitsasignificantinfluenceonATEA.InordertokeeptheATEAoftheSpacestation,periodicityofcontrolTorqueneedtobeprovided.AirTorqueinducedMomentumunloadingandaccumulatingeffectsoftheSpac

6、estationcan’tbeneglected.Keywords:SpaceStation;AverageTorqueEquilibriumAttitude;AirTorque;ControlTorque;Influencefactors;8力矩平衡姿态（TorqueequilibriumattitudeTEA）是空间站的一种重要的姿态，在该姿态模式下，空间站所受的外力矩之和为零[1]。若空间站在一个轨道周期内外力矩积分为零，即外力矩的平均作用效果为零，此姿态为平均力矩平衡姿态（AverageTorqueEquilibriumAttitudeAT

7、EA），是空间站姿态机动路径规划与控制策略的基础。TEA在空间站姿态机动、在轨修复和交会对接方面具有极其重要的作用。为了满足空间站的指向要求，需要对空间站的姿态进行控制。目前对空间站的姿态控制主要有控制力矩陀螺（CMG）和喷气式[2-6]。对于力矩平衡姿态（TEA）的研究，国内外学者做了许多卓有成效的工作。Likens和Roberson[7]较早开始力矩平衡姿态的研究，假设气动力矩为零，将星体的主惯量轴分别与轨道坐标系三轴对准，得到了经典的24组解的平衡姿态；Elgersma[8]在考虑重力梯度力矩的基础上，分别求解了常力矩和气动力矩作用下的力矩平

8、衡姿态，其中气动力矩是与姿态相关的，但气动力矩不随时间变化。Sarychev[9-11]利用代数学的方法对力矩平衡姿态进行