一种分舱优化设计的桁架式geo卫星推力器布局方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种分舱优化设计的巧架式GEO卫星推力器布局方法，属于航天器控 制技术领域。
【背景技术】
[0002] 地球静止轨道（GEO)卫星通常安装1个大推力变轨发动机和12台W上的化学推 力器，完成卫星变轨、定点、东西和南北位置保持、姿态控制和角动量卸载等任务，推进分系 统推力器布局要考虑到卫星结构安装约束、推力器羽流影响、控制分系统要求。
[0003] 有中屯、承力筒结构的GEO通信卫星，两个推进剂胆箱是沿Z轴安装的，轻一点的燃 箱在上舱，重一点的氧箱在下舱，推力器一般安装在对地板和背地板，背地板位于推进服务 舱的底部，对地板位于载荷舱的顶部，因此推力器的管路经过推进服务舱，也经过载荷舱， 推力器和管路的安装、测试与拆卸需要对载荷舱进行操作，不便于进行分舱模块化设计。
[0004] 分舱优化设计的巧架式GEO卫星的重量重的推进剂胆箱、蓄电池等通常均在推进 服务舱，推力器与管路均在推进服务舱，有可能进行分舱模块化设计，但是机械坐标系中整 星质屯、Z轴坐标仍然明显高于推进服务舱上端的Z轴坐标，东西南北位保的推力器在推进 服务舱布局，既不能像中屯、承力筒结构的GEO通信卫星那样将推力器安装在对地板和背地 板，也不能根据质屯、高度安装在星体腰部，也不能W寿命中期的整星质屯、Z轴坐标为中屯、， 在卫星四角上下对称布局了，使分舱模块化的推力器布局的优化有很大困难。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：不仅要满足巧架式GEO卫星推力器均在推进服务舱布 局的分舱模块化设计基本需求，而且要优化推力器布局。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种分舱优化设计的巧架式GEO卫星推力器布局方 法，步骤如下：
[0007] 1)在推进服务舱背地板安装大推力变轨发动机，在大推力变轨发动机推力矢量进 行标定后，按保证变轨发动机推力矢量通过质屯、与Z轴方向一致的目标，调整变轨发动机 在卫星机械坐标系中的安装方向，使大推力变轨发动机点火时，在X、Y轴方向产生不超过 ±5.ONm的干扰力矩，在Z方向产生不超过±0. 7Nm的干扰力矩；
[0008] 2)在推进服务舱背地板四角沿Z方向安装4个ION推力器14、24、34、44，再将东边 2个推力器1A、4A和西边2个推力器2A、3A的喷管方向分别向东和向西偏转一个0角，或 将南边2个推力器1A、2A和北边2个推力器3A、4A的喷管方向分别向南和向北偏转一个0 角，按照具有尽可能大的卫星变轨效率、足够大的克服变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推 进剂沉底及S轴姿态控制与角动量卸载的要求，进行推力器布局，保证推力器1A、2A、3A、4A 配对工作，产生的=轴姿态控制力矩不小于变轨发动机点火时对应轴的干扰力矩的2倍；
[0009] 3)采用成对ION推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱东板和西板中 间，即XOZ平面内，各安装2个推力器1E、沈和1W、2W，用于东西位保，并且兼顾俯仰姿态控 制与角动量卸载功能，东西位保推力器的推力矢量与卫星本体系Z轴相交点包容了全寿命 期间的整星质屯、变化范围，且各留出裕度，确保东西位保推力器工作时俯仰姿态控制的极 性正确；
[0010] 4)采用成对ION推力器推力矢量斜向平行布局方法，在推进服务舱南板和北板各 安装4个ION推力器1S、2S、3S、4S和1N、2N、3N、4N，WYOZ平面对称布局，用于南北位保，并 且兼顾滚动、俯仰、偏航姿态控制与角动量卸载功能，南北位保推力器的推力矢量与卫星本 体系XOZ平面相交点的Z轴分量包容了同步轨道全寿命期间的整星质屯、变化范围，且各留 出裕度，确保南北位保推力器工作时滚动姿态控制的极性正确； 阳0川W南板ION推力器3S、4S和北板ION推力器3N、4N分别与推力器1S、2S和推力器 1N、2N保持斜向平行布局，不降低南北位保工作效率，但推力器3S、4S和推力器3N、4N安装 位置的Z轴分量降低到足够小，兼作变轨期间背地板1A、2A、3A、4A的姿态控制备份； 阳〇1引6)推力器布局后进行ION推力器羽流影响分析，确保星表附件受到的推力器羽流 干扰力、干扰力矩、热流量、微粒污染累计量应在允许范围内，所述星表附件包括星上敏感 器、太阳翼、大天线、可展开热福射器，否则调整相关推力器的安装位置和安装角。
[0013] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0014] 1、本发明将推进服务舱背地板四角安装的4个ION推力器按照具有尽可能高的卫 星变轨效率、足够大的克服大推力变轨发动机干扰力矩的能力、兼顾推进剂沉底及=轴姿 态控制与角动量卸载等需求设计推力器布局方位角。
[0015] 2、在整星质屯、明显高于推进服务舱上端的不利条件下，东西位保的推力器在东板 西板各安装2个，推力器布局采用成对ION推力器推力矢量斜向平行布局方法，使东西位保 的推力器布局兼顾俯仰姿态控制与角动量卸载功能，东西位保推力器的推力矢量与卫星本 体系Z轴相交点应包容全寿命期间的整星质屯、变化范围，且各留出裕度，确保东西位保推 力器工作时俯仰姿态控制的极性正确。
[0016] 3、南北位保的推力器在南板北板各安装4个，推力器布局采用成对ION推力器推 力矢量斜向平行布局方法，使南北位保的推力器布局兼顾滚动、俯仰、偏航姿态控制与角动 量卸载功能，可节省姿态控制与角动量卸载推进剂，南北位保推力器的推力矢量与卫星本 体系XOZ平面相交点的Z轴分量包容了同步轨道全寿命期间的整星质屯、变化范围，且各留 出裕度，确保南北位保推力器工作时滚动姿态控制的极性正确。
[0017] 4、分舱优化设计的巧架式GEO卫星ION推力器布局按16个ION推力器配置，仍有 冗余备份，推力器3S、4S和推力器3N、4N安装位置的Z轴分量降低到足够小，可兼作变轨期 间背地板1A、2A、3A、4A的姿态控制备份，不仅可节省推进剂、管路，提高卫星载干比、可靠 性与性价比，而且便于操作、优化卫星总装测试流程。
[0018] 本发明可推广应用到各类质屯、明显高于推进服务舱上端的巧架式GEO卫星推力 器的分舱模块化布局，还可推广应用到GEO卫星的延寿器的推力器布局。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明方法的流程图；
[0020] 图2为实施例的背地板布局示意图。
[0021] 图3为实施例的东西板布局示意图。
[0022] 图4为实施例的南北板布局示意图。
【具体实施方式】
[0023] 巧架式GEO卫星的推进剂胆箱等通常均在推进服务舱，有可能进行分舱模块化设 计，但是巧架式GEO卫星整星质屯、明显高于推进服务舱上端的Z轴坐标，使分舱模块化的推 力器布局的优化有很大困难。
[0024] 本发明提出一种分舱优化设计的巧架式GEO卫星推力器布局方法，不仅要满足巧 架式GEO卫星推力器均在推进服务舱布局的分舱模块化设计基本需求，而且要优化推力器 布局。
[00巧]如图1所示，为本发明方法的流程图。其特征在于步骤如下：
[0026] (1)在推进服务舱背地板安装大推力变轨发动机，在大推力变轨发动机推力矢量 进行标定后，按保证变轨发动机推力矢量通过质屯、与Z轴方向一致的目标，调整变轨发动 机在卫星机械坐标系中的安装方向，使大推力变轨发动机点火时，在X、Y轴方向产生不超 过±5.ONm的干扰力矩，在Z方向产生不超过±0. 7Nm的干扰力矩；
[0027] 似在推进服务舱背地板四角沿Z方向安装4个ION推力器14、24、34、44，再将东 边2个推力器1A、4A和西边2个推力器2A、3A的喷管方向分别向东和向西偏转一个0角， 或将南边2个推力器1A、2A和北边2个推力器3A、4A的喷管方向分别向南和向北偏转一 个0角，按照具有尽可能大的卫星变轨效率、足够大的克服大推力变轨发动机干扰力矩的