一种抗章动失效卫星接触消旋方法与流程

本发明涉及抗章动失效卫星接触消旋方法。

背景技术：

国内外对空间失效卫星的消旋研究处于概念研究阶段，提出的方法有离子束消旋法、涡流消旋法、接触消旋法、磁力矩消旋法等。对比这几种方法的能耗、实现难度等，接触式消旋的能耗较小、可实现程度较高。

接触式消旋一般是将消旋机构安装到空间在轨服务卫星的机械臂末端，机械臂的伸缩以及服务卫星的姿态和位置控制使得消旋机构的柔性部分与失效卫星的帆板、天线等突出附件接触。末端柔性部分弯曲变形产生挠性力，作用在失效卫星上。生成的力矩可以分成两部分，一部分指向自转轴方向阻碍自转运动，另一部分垂直于自转轴方向，使得失效卫星角动量方向偏离自转轴方向，并且在非接触段产生章动现象。

章动对在轨维护维修过程是非常不利的，会增强卫星姿态估计的难度、减小安全接近区域，降低抓捕成功的可能性，影响抓捕成功后的组合体控制等。如何在消旋过程中尽量减小章动是迫切需要研究的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种抗章动失效卫星接触消旋方法，该消旋方法通过在每一次消旋之前对接触点、自旋角和接近角的预估计，提高了抗章动的消旋效果，实现了消旋过程中减小章动、减小角动量方向偏移的效果。

本发明的技术方案予以实现的：一种抗章动失效卫星接触消旋方法，包括如下步骤：

1)建立下一次消旋所有可能接触点的集合sp＝{pi|i＝1......np}；np为正整数；

2)对每一个接触点pi设定离散的自旋角θj、接近角αj，则每个元素表示为cj＝(pi,θj,αj)，并建立集合sarr＝{cj|j＝1......nc}；nc为正整数；

3)指定集合sarr中任意一个元素cj，设定最大挠度umax，根据失效卫星自旋角速度ωz以及接触点到失效卫星质心坐标为rpi，估算接触时间tev；

4)估算元素ci对应的接触力冲量的大小和方向；

5)计算得到cj对应的接触力矩冲量

6)接触力矩冲量达到消旋效果判断条件；

7)建立可行集sprr，将满足消旋效果判断条件的接触状态加入到可行集sprr中；

8)重复步骤4)-步骤7)，依次评价sarr中所有元素，完成可行集sprr；

9)选择可行集sprr中的元素，选择可行的接触点、自旋角和接近角，并结合接触时间对失效卫星进行下一次消旋。

所述步骤3)中估算接触时间

所述步骤4)的具体方法为：

计算一个平均挠度的估计值，用uk表示；

其中ei为材料抗弯刚度，lik为柔性杆长；

估算接触力冲量的大小；

挠性弯曲角度为：

接触力冲量为：

所述步骤5)中cj对应的接触力矩冲量

所述步骤6)中消旋效果的判断条件包括：使得自旋角速度减小、使得章动角不发散、使得空间角动量偏角不增大。

对章动角的判断方法具体为：

判断对章动角的影响，令nh为失效卫星角动量h的法向量，在h和失效卫星绕自转轴hz所在平面内，垂直于h，指向hz方向，章动角不发散的条件为：

对自旋角速度的判断方法具体为：

令ez为失效卫星绕自转轴hz方向的单位向量，自旋角速度不增大的条件是：

对角动量方向的判断方法具体为：角动量方向不偏移的条件是：

em表示角动量h法向量的单位向量，在初始角动量和当前角动量h所在平面内，指向初始角动量

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明提出了一种抗章动失效卫星接触消旋方法，通过在接触消旋之前对可能的接触点、自旋角和接近角等接触状态下接触力冲量距对失效卫星的自旋角速度、章动角和动量矩偏角的影响进行预估，选择可行的接触状态，然后进行消旋。该方法在降低卫星自旋角速度的同时，可以实现减小失效卫星的章动现象并抑制空间角动量方向偏移的效果。

附图说明

图1为本发明失效卫星与服务卫星示意图；

图2为本发明方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为失效卫星与服务卫星示意图，由图可知消旋机构安装到空间在轨服务卫星的机械臂末端，机械臂的伸缩以及服务卫星的姿态和位置控制使得消旋机构的柔性部分与失效卫星的帆板、天线等突出附件接触。接触生成的力矩可以分成两部分，一部分指向自转轴方向阻碍自转运动，另一部分垂直于自转轴方向，使得失效卫星角动量方向偏离自转轴方向，并且在非接触段产生章动现象。因而亟需设计出抗章动的消旋方法，在翻滚卫星切当的自转角接近，并选择恰当的接近角进行消旋，从而实现消旋过程中减小章动、减小角动量方向偏移的效果。

如图2所示，本发明消旋的具体方法如下：

1)在一次消旋结束后，建立下一次消旋所有可能接触点的集合sp＝{pi|i＝1......np}。

2)对每一个接触点pi设定离散的自旋角θj、接近角αj，则每个元素表示为cj＝(pi,θj,αj)，建立集合sarr＝{cj|j＝1......nc}；

3)指定集合sarr中任意一个元素cj，设定最大挠度umax，根据失效卫星自旋角速度ωz，接触点到失效卫星质心坐标为估算接触时间

4)估算元素ci对应的接触力冲量的大小和方向。

接触力在图1所示平面abcd内。

计算一个平均挠度的估计值，用uk表示；

其中ei为材料抗弯刚度，lik为柔性杆长；

估算接触力冲量的大小；

挠性弯曲角度为：

接触力冲量为：

5)计算出cj对应的接触力矩冲量

6)接触力矩冲量达到消旋效果的判断条件

消旋效果包括使得自旋角速度减小、使得章动角不发散、使得空间角动量偏角不增大。

判断对章动角的影响，令nh为失效卫星角动量h的法向量，在h和失效卫星绕自转轴hz所在平面内，垂直于h，指向hz方向，章动角不发散的条件为

判断对自旋角速度的影响，令ez为hz方向的单位向量，自旋角速度不增大的条件是：

判断对角动量方向的影响，角动量方向不偏移的条件是：

em·m≥0；

em表示角动量h法向量的单位向量，在初始角动量和当前角动量h所在平面内，指向初始角动量。

7)建立可行集sprr，将满足上述判断条件的接触状态加入到可行集sprr中。

8)重复4-7，依次评价sarr中所有元素，完成可行集sprr；

9)选择可行集sprr中的元素，选择可行的接触点、自旋角和接近角，对失效卫星进行下一次消旋。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。