卫星编队连续推力控制的燃料平衡方法

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1、第25卷第1期航天器工程V01．25No．12016年2月SPACECRAFTENGINEERING19卫星编队连续推力控制的燃料平衡方法段晨阳赵亚飞张世杰孔宪仁(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，哈尔滨150080)摘要在卫星编队飞行中，编队重构等机动过程会导致整个编队卫星之间燃料消耗不均匀，甚至出现某一成员卫星燃料消耗完，而导致整个编队构型提前结束乃至任务失败。针对该问题，文章提出了在卫星编队轨道重构过程中可采用的一种燃料平衡方法，即基于连续推力控制，以燃料最优为控制目标，通过建立燃料消耗函数，

2、推导了不同相位角及重构半径时的最优控制加速度，通过减小各从星之间的燃料消耗函数的差异，使得不同成员卫星燃料消耗差别最小。编队卫星燃料平衡程度取决于初始相位角，文章给出了最佳初始相位角的表达式。最后，对以一主二从的三星编队在从星轨道重构中的从星燃料平衡问题进行了仿真，分别验证了卫星编队连续推力控制方法和编队卫星燃料平衡方法的正确性和有效性。关键词卫星编队；轨道重构；燃料平衡；连续推力中图分类号：V474．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673-8748．2016．01．00

3、3Fuel—balancingUsingContinuousThrustinSatelliteFormationFlyingDUANChenyangZHAOYafeiZHANGShijieKONGXianren(ResearchCenterofSatelliteTechnology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)Abstract：Insatelliteformationflying，maneuveringsuchasformatio

4、nreconfigurationwouldcauseunbalancedfueldistributionamongtheformationsatellites．Itmaybeworseifoneofthesatel—litesfails，whichleadstoashortlifetimeformation，orcompletelossofitsbasicfunction．Aimingattheproblemthepaperproposesafuel—balanceapproachusingco

5、ntinuousthrust，whichcanbeadoptedduringorbitalreconfigurationofsatelliteformation．Theapproachusescontinuousthrust，bringsupafuel—consumptionobjectivefunction，andderivesdifferentoptimalcontrolaccelerationwithdifferentphaseanglesandradiuschanges．Wereduce

6、thefueldifferenceintheformationbyminimizingthedifferenceoffuel—consumptionfunctionsbetweeneachtwosatellites．Fuel—balancingdependsonthedifferentinitialphaseangle．Thispapergivesaexpressionofinitialphaseangle．Eventually，weuseaformationofthreesatellitesi

7、nsimulation，thesimulationprovestheproposedmethods，continuousthrustcontrolandfuel—balancingmethodarevalidandeffec—tive．Keywords：satelliteformation；orbitreconfiguration；fuel—balance；continuousthrust收稿日期：2015—11—19；修回日期：2016一01—09基金项目：国家自然科学基金(91438202)

8、，民用航天“十二五”预研项目作者简介：段晨阳，男，博士研究生，研究方向为航天器动力学与控制。Email：hitsat@gmail．corn。20航天器工程25卷l引言卫星编队飞行是人类对天空探索及实现卫星协同工作的重要技术。通过编队飞行，可实现干涉测量[1吨]、立体成像Dq]、空间监测等多种任务。通过卫星间的协调工作，可实现单星无法完成的任务，对未来宇宙探索和空间服务具有重要意义。随着卫星推进技术的发展，卫星推进方式实现了从化学推进一化学／电推进一电推进的过渡，在未来编队飞行任务中，电推进等新型