基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法，该方法通过将航天器分成若干舱段，分别进行测试；通过建立均匀的零磁场环境并测量航天器各工作状态下的周围磁场；再建立均匀的恒定磁场环境；分别计算舱段磁矩，得出舱段在均匀恒定磁场下的感磁矩以及每舱段工作时的周围磁场情况及其他舱段在恒定磁场下的感磁场，计算其他舱段受相应舱段工作的感磁矩；并对舱间电缆进行分析，计算电缆产生的磁矩；计算舱间电缆工作时的磁场对每舱段的感磁影响以及电缆自身由于环路产生的磁矩，并与之前得到的磁矩及剩磁矩进行加和，得到最终的航天器整器磁矩。该方法考虑了每舱段自身磁矩、舱段间感磁矩、舱间电缆磁矩及其对舱段的感磁矩，能够降低大型复杂航天器磁矩测试的难度，显著提高大型复杂航天器磁矩测试精度。
【专利说明】基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天器磁性测量领域，具体涉及一种航天器磁矩的测试方法。
【背景技术】
[0002] 地球与星际磁场在空间形成的磁环境是影响航天器运行的重要环境之一，由于航 天器存在一定的剩磁矩，和空间磁场相互作用会产生干扰力矩，进而影响航天器姿态控制 和可靠性。由空间磁场与航天器相互作用而引发的故障，每年都有发生。例如美国1958年 发射的先锋1号卫星，I960年发射的泰罗斯1号卫星，1966年发射的澳维1-10卫星，1969 年发射的重力梯度稳定试验卫星，1988年发射的极地轨道气象卫星NOAA和国防气象卫星 DMSP，1989年发射的泰罗斯极地气象卫星等，以及俄罗斯先后发射的31颗卫星都由于与地 球磁场相互作用而引发各种故障。另外，航天器在空间运行时，由于存在杂散磁场，会影响 磁强计、铷钟、行波管等敏感部件的正常工作，必须进行测量和控制。例如航天器用安装的 磁强计在地磁场中来确定位置和姿态时，或者科学有效载荷包括磁强计或其他对磁场敏感 的设备时，航天器在磁敏感设备的位置的磁场必须是已知的，以保证测量准确性。因此在地 面必须通过有效的磁性测试和分析方法，来评估和控制航天器在轨磁性状态。随着型号的 发展，航天器构型越来越多样和复杂，尺寸和重量也越来越大，指标要求也越来越高。必须 发展相应的磁性测试及分析方法，提高测量能力和测量准确性，满足型号长寿命、高可靠需 求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法，该方法针 对某些超大型航天器，由于尺寸限制无法进入试验设备内进行系统级磁试验，因此考虑分 舱段进行测试，并利用各舱段的测试结果，计算出整器的磁性指标。但是，如何建立模型，合 成各舱段测量结果，必须进行深入研究和试验验证。为满足此类大型复杂航天器磁性控制 需求，本发明提出了基于分舱段的磁性测试方法，根据分舱段测量结果，进行感磁、舱间电 缆因素模型修正，最终得到整器的磁特性。
[0004] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
[0005] -种基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法，包括如下步骤：
[0006] (1)将航天器根据其组装方式分成若干舱段，分别进行测试；
[0007] (2)利用大型磁环境模拟设备，在设备中心建立均匀的零磁场环境，磁场均匀区大 于每待测舱段的外包络尺寸；
[0008] (3)将待测舱段放置于磁环境模拟设备磁场均匀区中心，根据测试方法布置测量 磁强计，在待测舱段赤道面布置不少于3台磁强计；
[0009] (4)在零磁场环境下测量航天器各工作状态下的周围磁场并根据使用的测试方法 计算磁矩；
[0010] (5)利用大型磁环境模拟设备，在设备中心建立均勻的恒定磁场环境；
[0011] (6)在（5)步骤中设置的均匀恒定磁场下测量航天器各工作状态下的周围磁场， 计算舱段磁矩，与步骤（4)中得到的结果相比得出舱段在均匀恒定磁场下的感磁矩；
[0012] (7)对每舱段重复⑶?（6)的测试过程；
[0013] (8)根据每舱段工作时的周围磁场情况及其他舱段在恒定磁场下的感磁场，计算 其他舱段受上所述舱段工作的感磁矩；
[0014] (9)分别计算每舱段受其他舱段的影响而产生的感磁矩，并依据矢量和叠加方式 计算航天器整器磁矩；
[0015] (10)对舱间电缆进行分析，依据毕奥一萨伐尔定律及电缆连接方式、布线规律计 算电缆产生的干扰磁场，并根据磁矩的定义计算电缆产生的磁矩；
[0016] (11)分别计算舱间电缆工作时的磁场对每舱段的感磁影响以及电缆自身由于环 路产生的磁矩，并与之前得到的航天器整器磁矩进行矢量和叠加，得到最终的航天器整器 磁矩。
[0017] 其中，所述测试方法为赤道作图法。
[0018] 其中，恒定磁场为30000nT的恒定磁场；
[0019] 利用本专利提出的方法，通过对每舱段进行的在不同环境下的测试、计算，可以得 到大型复杂航天器在分舱段测试时每舱段间的影响，并根据舱间电缆的仿真结果得到电缆 对舱段的影响，综合以上情况考虑，在无法进行航天器整器磁矩测试的情况下得到近似准 确的大型复杂航天器磁矩。
[0020] 该方法考虑了每舱段自身磁矩、舱段间感磁矩、舱间电缆磁矩及其对舱段的感磁 矩，能够降低航天器磁矩测试的难度，显著提高航天器磁矩测试精度。
【具体实施方式】
[0021] 下面对本发明的双台并激水平振动试验系统进行进一步说明，该说明仅仅是示例 性的，并不旨在限制本发明的保护范围。
[0022] 本发明的基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法，具体包括如下的实际步 骤：
[0023] (1)利用磁环境模拟设备建立零磁场环境，要求零磁场均匀区尺寸大于被测试件 外包络尺寸。
[0024] (2)将航天器根据其组装方式首先分成若干舱段，分别标注为1、2、3…。
[0025] (3)将安装在无磁产品车上的航天器第1被测舱段放置于磁环境模拟设备磁场均 匀区中心，并布置测量磁强计。
[0026] (4)建立航天器第一被测舱段工作状态1并保持，测量得到磁感应强度瓦；（矢 量，包含X、Y、Z三个分量），计算得到零磁场中航天器工作状态1下的三分量磁矩Mx、My、M z。
[0027] (5)重复（4)测量，直至覆盖所有工作状态，得到零磁场中所有工作状态下的磁矩 Mm、Mny、Mnz，其中n表示航天器工作状态序号。
[0028] (6)重复（3)?（5)步骤，直至覆盖所有被测舱段，得到零磁场中所有舱段所有工 作状态下的磁矩。
[0029] (7)进行感磁矩测试，利用磁环境模拟设备，在三个方向建立恒定磁场，恒定磁场 选择便于计算的整数值，如20000nT或30000nT。
[0030] (8)重复（3)?（6)步骤，直至覆盖所有被测舱段，得到恒定磁场中所有舱段所有 工作状态下的磁矩。
[0031] (9)通过（6)中的结果与⑶中的结果对比得到被测舱段在恒定磁场中的感磁矩。
[0032] (10)通过（3)?（5)中的测试数据对每个舱段在相等于其他舱段安装距离处的位 置产生的影响磁场值进行计算。
[0033] (11)通过（10)中得到的影响磁场与（9)中的恒定磁场中的感磁矩进行对照，根据
【权利要求】
1. 一种基于分舱段的大型复杂航天器磁矩测定方法，包括如下步骤： (1) 将航天器根据其组装方式分成若干舱段，分别进行测试； (2) 利用大型磁环境模拟设备，在设备中心建立均匀的零磁场环境，磁场均匀区大于每 待测舱段的外包络尺寸； (3) 将待测舱段放置于磁环境模拟设备磁场均匀区中心，根据测试方法布置测量磁强 计，在待测舱段赤道面布置不少于3台磁强计； (4) 在零磁场环境下测量航天器各工作状态下的周围磁场并根据使用的测试方法计算 磁矩； (5) 利用大型磁环境模拟设备，在设备中心建立均勻的恒定磁场环境； (6) 在（5)步骤中设置的均匀恒定磁场下测量航天器各工作状态下的周围磁场，计算 舱段磁矩，与步骤（4)中得到的结果相比得出舱段在均匀恒定磁场下的感磁矩； (7) 对每舱段重复（3)?（6)的测试过程； (8) 根据每舱段工作时的周围磁场情况及其他舱段在恒定磁场下的感磁场，计算其他 舱段受上所述舱段工作的感磁矩； (9) 分别计算每舱段受其他舱段的影响而产生的感磁矩，并依据矢量和叠加方式计算 航天器整器磁矩； (10) 对舱间电缆进行分析，依据毕奥一萨伐尔定律及电缆连接方式、布线规律计算电 缆产生的干扰磁场，并根据磁矩定义计算电缆产生的磁矩； (11) 分别计算舱间电缆工作时的磁场对每舱段的感磁影响以及电缆自身由于环路产 生的磁矩，并与之前得到的航天器整器磁矩进行矢量和叠加，得到最终的航天器整器磁矩。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述测试方法为赤道作图法。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，恒定磁场为30000nT的恒定磁场。
【文档编号】G01R33/12GK104391261SQ201410660439
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】张文彬, 孟立飞, 肖琦, 耿晓磊, 王斌, 史尧宜, 张艳景, 李娜, 王琪, 杨燕琨 申请人:北京卫星环境工程研究所