资源描述：
《小卫星姿控与星务管理的一体化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2001年4月中国空间科学技术31第2期CHINESESPACESCIENCEANDTECHNOLOGY小卫星姿控与星务管理的一体化设计廖明宏耿云海吴翔虎程光明(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)摘要介绍一种将姿控系统和星务管理系统融为一体的设计思想,它节约了星载机资源,提高了系统信息处理的实时性,很好地体现了小卫星的质量轻、体积小、成本低的优势。对姿控系统的硬件组成、卫星的飞行模式和控制策略、星务管理软件的体系结构和总体设计思想、姿控软件和星务管理软件的接口设计等内容做了重点讨论。主题词姿态控制星务管理小型卫星一体化设计1引言目前,小
2、卫星的概念没有统一的定义,但普遍认为质量小于500kg的卫星称为小卫[1]星。小卫星技术的发展非常迅速,大致可分为三个阶段:探索研究阶段、发展阶段和推广应用阶段。目前的发展水平正处在第二阶段,即通过第一阶段探索研究和飞行实践结果,证实小卫星的确可以达到质量轻、体积小、成本低、周期短、性能高的要求。为体现小卫星五大特点,人们引入了许多新的设计思想和技术,如一体化设计思想和[2]集成公用模块技术,等等。充分开发软件功能,尽量减少硬件设备是减轻小卫星质量、降低成本、提高系统性能的重要手段。姿控分系统和星务管理分系统(或称为数管分系统)是小卫星系
3、统两个重要的组成部分。在传统的卫星设计中,这两个分系统是独立设计的,即各自拥有自己的星载计算机和相应的软件系统。为提高系统的可靠性,两个分系统都有自己的备份计算机。这种设计方案一方面浪费星载机资源;另一方面增加星载机之间的数据传输量,降低遥测遥控的实时性。本文以正在研制的小卫星——探索一号小卫星(TS-1)为例,介绍一种融姿控系统和星务管理系统为一体的设计思想,并重点讨论姿控软件和星务管理软件的一体化设计。探索一号小卫星是一种立体测绘科学试验卫星,主要用于对地照相,形成电子地图。在设计中集中体现了“一体化”的研制思想:融合了微电子、新材料
4、、新工艺等高新技术成果;采用了以星载计算机网络为核心的电子系统集成技术;姿控软件与星务管理软件的一体化设计技术。TS-1的主要技术指标如下:本体尺寸910mm×890mm×960mm本课题得到国家“863-2”计划的资助。收稿日期:2000-06-28。收修改稿日期:2000-09-0432中国空间科学技术2001年4月卫星总质量150kg,其中有效载荷62kg卫星功耗128W,峰值240W飞行高度600km姿态控制动量轮、磁力矩器发射方式搭载、一箭多星或小运载单独发射设计寿命2年TS-1由八个分系统组成,见图1。2姿控系统(1)系统组成
5、姿控系统是小卫星系统重要的组成部分。它通常由测量部件、执行部件、系统信息处理及星上管理、[3]配电盒及有关控制线路盒组成。图1TS-1系统结构其主要功能是利用各种测量部件采集遥测参数来进行定姿计算,并根据卫星状态或飞行任务,利用执行部件来控制卫星姿态。TS-1小卫星的姿控测量部件包括:太阳敏感器(1个0-1太阳敏感器,2个数字太阳敏感器)、星敏感器(2个)、磁强计(1个)和陀螺(4个)等。执行部件包括:反作用飞轮(4个,其中1个为备份)和磁力矩器(3个)。姿控系统的硬件组成见图2。(2)飞行模式TS-1小卫星的主要飞行模式包括:1)速率阻
6、尼模式:星箭分离以后的第一个模式。任务是消除星箭分离产生的星体初始角速度,将卫星稳定于惯性空间。2)对日捕获与定向模式:当卫星稳定于惯性空间之后转到对日捕获与定向模式。其主要任务是控制图2姿控系统的硬件组成星体-z轴对准太阳,为对日长期循环飞行程序作准备。3)对日三轴稳定定向模式:卫星运行的长期模式。在控制过程中,姿态控制部件为三个正交反作用轮,用光纤陀螺定姿,用星敏感器修正,用磁力矩器卸载。4)对日/对地姿态机动:在对日稳定之后,为了有效载荷的工作,需要将星体从对日三轴稳定转到对地三轴姿态稳定,使用飞轮实现该机动过程。5)对地三轴稳定模
7、式:有效载荷工作和数传工作模式。任务是保证有效载荷在要求的稳定度和指向精度下工作。6)对地/对日姿态机动:在有效载荷工作之后,为了保证星上的能源供应,需要将星2001年4月中国空间科学技术33体从对地转到对日三轴姿态稳定,使用飞轮实现该机动过程。(3)定姿方案TS-1的姿态测量方案主要有如下三种:1)星敏感器与速率陀螺联合定姿:该方案为卫星的主要定姿方案。首先星敏感器与速率陀螺组成Kalman滤波定姿系统,可用于高精度、高稳定度的对地定向三轴稳定控制模式;其次星敏感器赋初值,光纤陀螺积分定姿可以用于对日/对地双向切换、对日捕获(备份定姿)
8、和对日定向等控制模式。2)太阳敏感器定姿:数字太阳敏感器加0-1太阳敏感器测量方案用于星体初始对日捕获和对日定向控制模式。3)磁强计定姿:用三轴磁强计测量卫星的三轴姿态,与光纤陀螺、太阳敏感器
