神舟七号飞船伴随卫星轨道控制及在轨飞行结果

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1、圆满完成试验任务。2任务目标二者相位差较大，着重调整伴星与轨道舱的相位差．使其快速接近轨道舱至近距离逼近起点位置并保证二者半长轴差满足约束条件。针对神舟七号飞行任务特点，结合Sz一7飞船伴远距离接近控制主要是调整伴星轨道相位，使来稿日期：20LO-08—25；修回日期：20LO-11—24。作者简介：余勇(1975．04_)，女，博士，副研究员。主要从事卫星轨道设计及控制工作。14工程报告载人航天2010年第4期Y图ISZ一7飞船伴星轨控方案示意图其接近轨通：^flj】时调整伴星轨道半长轴、偏心率

2、，即组合修正。轨道控制过程中对推进模块进行在轨标定，逐步提高轨控精度，减小控制误差。3．2近距离逼近阶段当伴星门轨道舱相位差较小时，对伴星再次施加速度增量，改变伴星的轨道高度，减小伴星与轨道舱半长轴差，降低伴星接近轨道舱速度，精确调整伴星胤道舱间的相位差及半长轴差，使伴星在预定时间逼近轨道舱到8kin范围内。近距离逼近控制也采用伴星轨道半长轴、偏心率组合修正控制方式。在多次控制过程中进行持续的在轨标定，以逐步提高轨控精度。3．3绕飞形成阶段根据伴星及轨道舱的轨道预报，在伴星与轨道舱相位差基本为零时

3、刻，对伴星轨道进行控制，调整伴星半长轴，完全消除伴星与轨道舱的半长轴差，形成伴星对轨道舱的相对稳定的椭圆绕飞。为避免速度增量过大，导致控制误差较大，或速度增量过小，推进器性能有限无法实现，确定绕飞形成控制速度在0．07m／s～0．3rids范围内。3．4绕飞保持阶段绕飞形成后，由于轨道预报误差、轨控误差、大气摄动误差等因素影响，经过一段时间后，绕飞轨道不满足绕飞椭圆要求，对伴星进行轨控，维持绕飞轨道。其控制方式与绕飞形成控制相同，调整伴星半长轴，消除伴星与轨道舱的半长轴差，控制速度范围为0．07m

4、／s-O．3m／s。4星地大回路轨道控制系统Sz一7飞船伴星的轨道控制由星上和地面共同完成，星上部分主要是姿轨控系统及推进系统的相关设备，包括姿态敏感器、星载计算机和执行机构等，并依靠测控数传系统同地面保持上、下行通信联系。地面部分主要包括各测控站以及飞控中心的跟踪、遥测和遥控设备。sz一7飞船伴星的星地大回路轨道控制系统基本工作原理如下图2所示。sz一7飞船伴星及轨道舱入境时，由地面站进行精确轨道测量，获取测距、测速数据。图2Sz一7飞船伴星星地大回路轨道控制系统工作原理示意图15载人航天201

5、0年第4期工程报告飞控中心处理地面站观测数据，分别获得伴星及轨道舱的绝对轨道及外推结果，并在此基础上得到二星间的相对轨道数据，并据此制定轨道控制策略，计算优化的变轨控制参数，并适时将有关数据注入星上计算机。卫星根据注入的变轨控制参数自动地进行姿态机动、变轨姿态保持、发动机热控和发动机开关机及故障检测等控制过程。轨道机动完成后，地面再进行轨道测量和确定、对轨控效果进行评估以及制定后续的轨控策略，构成星地大回路轨道控制。5变轨控制参数计算与推力标定Sz一7飞船伴星采用星地大回路轨道控制，变轨控制实施过

6、程中，在地面进行轨控参数计算和轨控后推力标定是必不可少的步骤。5．1变轨控制的约束条件变轨控制主要考虑以下约束条件：(1)推进器性能约束：伴星采用液氨推进器，其推力主要取决于贮箱压强，工作过程中，贮箱压强及推力逐渐减小，为保证推力稳定，单次轨控时间受到一定限制；此外，为保证轨控时推力的一致性，需要保持贮箱内推进剂的工作温度，为确保推进剂得到充分加热，二次轨控时间间隔不得太短；血，=等(△e+堕a)幽：=等(-△e+等)5．3推力在轨标定卫星入轨后，推进器推力会随着贮箱温度和压力等参数变化而变化。若

7、采用统一推力模型实施轨控，势必会带来较大误差。为提高轨控精度，每次变轨后必须对推力器进行推力标定。sZ-7飞船伴星通过定轨数据进行推力标定，每次变轨结束后，依据地面测、定轨给出的变轨过程速度增量AV和地面试验得到的不同起始温度和开机时长对应的冲量系数，(JPz·dt)，即可计算推力标定系数，并在下一次变轨J策略计算采用新标定系数计算卫星变轨时间，有效地保证了轨控精度。16(2)燃料消耗：sz一7飞船伴星携带液氨推进剂有限，所能提供的总速度增量受到限制；(3)测控约束：工程实施中，轨道控制离不开测控

8、的支持，对于轨道预报，预报时间越长预报精度也就越低，这就需要尽量减少预报时间，并尽可能选择在有测控弧段的圈次实施轨道控制，在进行轨道控制时，控制时机会受到一定的约束。5．2轨道控制参数计算通过轨道预报可得到无轨道控制时，绕飞形成时刻轨道舱的轨道平根数(am、e。、i。、Q。、埘。、‰)、伴星轨道平根数(ao、e。、i。、Q。、彬。、“。)及伴星与轨道舱在相对轨道坐标系中的相位，根据HiU方程以及轨道舱平根数，可计算出伴星的目标轨道平根数(q、e。、t、Q、吼、“。)，进而得到伴星轨