落压式双组元推进系统在轨质心控制方法及系统与流程

1.本发明涉及涉及卫星推进技术领域，具体地，涉及落压式双组元推进系统在轨质心控制方法及系统。


背景技术：

2.落压式双组元推进系统是一种新型的卫星推进系统，相比常规单组元推进系统，其能提供更大的比冲从而增加卫星的有效载荷重量。但目前的落压式双组元推进系统普遍采取氧化剂和燃烧剂等体积燃烧的方式，这会导致卫星在使用过程中质心偏移。卫星质心偏移过大的情况下，卫星变轨时会产生相应的干扰力矩，造成推进剂的浪费，缩短卫星寿命。极限情况下若干扰力矩大于姿态控制所能承受的极限则会造成卫星任务失败等严重后果。
3.公开号为cn104401506a一种并联平铺贮箱卫星的零配重质心调配方法。该方法针对高轨并联平铺贮箱式的卫星在地面装配阶段质心偏移的问题，能够使用推进剂在发射前调整高轨并联平铺贮箱式卫星质心；
4.公开号为cn103693213a磁带式卫星质心调整机构。该方法使用质心调整机构去控制卫星质量特性参数，根据卫星的飞行任务和姿轨控指标要求,对卫星质心进行调整。
5.公开号为cn106542114a并联平铺贮箱卫星在ait阶段的横向质心高精度保证方法。该方法在整星ait各阶段实施多项横向质心保证措施,将卫星在帆板展开初始状态的横向质心控制在原点附近,并提高卫星横向质心的确定精度。
6.公开号为cn108528764a卫星旋转载荷的质心调整装置及方法。该方法使用一种设置在卫星旋转载荷的导轨、滑块、驱动组件等用来调整载荷的质心。
7.公开号为cn107963238a一种基于并联气瓶的航天器质心控制方法。该方法通过设计并联气瓶的放置布局、测量航天器总质量和质心位置、计算每个气瓶的气体填充密度、计算每个气瓶的内部压力、计算各气瓶控温范围以达到通过控制各气瓶温度来控制航天器质心的目的。
8.上述发明方法相对本发明方法应用场景单一，仅适用于特定环境或条件下的质心调整，且没有说明在轨的质心控制方法。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种落压式双组元推进系统在轨质心控制方法及系统。
10.根据本发明提供的一种落压式双组元推进系统在轨质心控制方法，包括：
11.步骤s1：确定卫星加注前的质心偏差；
12.步骤s2：计算卫星非均匀加注调整质心的能力；
13.步骤s3：根据所述质心偏差和所述卫星非均匀加注调整质心的能力确定非均匀加注方案，得到加注后的质心偏差；
14.步骤s4：根据加注后的质心偏差，得到推进系统在轨的初始使用策略；
15.步骤s5：确定推进分系统在轨的长期使用策略。
16.优选地，所述能力包括：x、y方向的质心调整范围，每组配对贮箱的氧燃混合比一致且体积相等；步骤s2包括：
17.步骤s2.1：计算单个贮箱最大加注量，单个氧化剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0018][0019]
其中，m
氧
表示氧化剂贮箱最多能加注的推进剂量，γ为落压比，ρ
氧
为氧化剂密度，v
氧
为氧化剂贮箱体积；
[0020]
单个燃烧剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0021][0022]
其中，m
燃
表示燃烧剂贮箱最多能加注的推进剂量，ρ
燃
为燃烧剂密度，v
燃
为燃烧剂贮箱体积；
[0023]
步骤s2.2：分别计算单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0024][0025]
其中，δm
氧
表示单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围，b为混合比，m
总
为总推进剂加注量；
[0026]
单个贮箱的燃烧剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0027][0028]
步骤s2.3：根据所述单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，计算x方向和y方向的质心调整范围：
[0029]
x方向的质心调整范围δx，计算公式如下：
[0030][0031]
y方向的质心调整范围δy，计算公式如下：
[0032][0033]
其中，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，m
卫星
为卫星的总重量。
[0034]
优选地，步骤s3包括：
[0035]
步骤s3.1：确定第一调整方向，若|x
差1
|》|y
差1
|，则以x方向为第一调整方向；若|x
差1
|《|y
差1
|，则y方向为第一调整方向；
[0036]
步骤s3.2：根据所述第一调整方向，判断x、y方向的质心偏差方向是否相同，若否，
则同时将x、y方向质心偏差调小；若是，则在能够调整的调整范围内调整至x、y方向质心偏差相同，超过调整范围时按照与所述第一调整方向对应的质心调整范围进行调整；
[0037]
步骤s3.3：根据调整后的质心偏差，得到加注后质心偏差；
[0038]
其中，x
差1
为x方向加注前的质心偏差，y
差1
为y方向加注前的质心偏差。
[0039]
优选地，步骤s4包括：
[0040]
步骤s4.1：计算使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0041]
δx1＝-δm
氧用
×r氧
×
sinβ+δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0042]
δy1＝-δm
燃用
×r燃
×
cosα-δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0043]
其中，δx1、δy1分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，δm
氧用
表示在轨使用的氧化剂质量，δm
燃用
为在轨使用的燃料质量，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角；
[0044]
步骤s4.2：计算使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0045]
δx2＝δm
氧用
×r氧
×
sinβ-δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0046]
δy2＝δm
燃用
×r燃
×
cosα+δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0047]
其中，δx2、δy2分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差；
[0048]
步骤s4.3：根据加注后的偏差选择使用的推进剂，若x
差
＞0，y
差
》0或者x
差
＞0，y
差
《0且|x
差
|＞|y
差
|或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，使用δx1、δy1计算质心偏差量；若x
差
《0，y
差
《0或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|或者x
差
》0，y
差
《0且|x
差
|》|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，使用δx2、δy2计算质心偏差量；其中，x
差
、y
差
分别表示x、y方向加注后的质心偏差；
[0049]
步骤s4.4：使用所述推进剂，直到|x
差
|＝|y
差
|且x
差
×y差
《0时停止使用，得到此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量。
[0050]
优选地，步骤s5包括：
[0051]
步骤s5.1：获取卫星在轨质心偏差允许范围；
[0052]
步骤s5.2：根据所述在轨质心偏差允许范围，确定使用策略；
[0053]
当时，以y方向质心偏差达到最大值确定使用策略；当时，以x方向质心偏差达到最大值确定使用策略；其中，x
允
、y
允
分别表示x方向、y方向的在轨质心偏差允许最大值，b表示混合比；
[0054]
所述使用策略包括：先使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，当所述使用策略对应的方向质心偏差与对应的在轨质心偏差允许最大值相等时，根据步骤s4.3得到的此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量更换为使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，再循环往复切换。
[0055]
根据本发明提供的一种落压式双组元推进系统在轨质心控制系统，包括：
[0056]
模块m1：确定卫星加注前的质心偏差；
[0057]
模块m2：计算卫星非均匀加注调整质心的能力；
[0058]
模块m3：根据所述质心偏差和所述卫星非均匀加注调整质心的能力确定非均匀加注方案，得到加注后的质心偏差；
[0059]
模块m4：根据加注后的质心偏差，得到推进系统在轨的初始使用策略；
[0060]
模块m5：确定推进分系统在轨的长期使用策略。
[0061]
优选地，所述能力包括：x、y方向的质心调整范围，每组配对贮箱的氧燃混合比一致且体积相等；模块m2包括：
[0062]
模块m2.1：计算单个贮箱最大加注量，单个氧化剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0063][0064]
其中，m
氧
表示氧化剂贮箱最多能加注的推进剂量，γ为落压比，ρ
氧
为氧化剂密度，v
氧
为氧化剂贮箱体积；
[0065]
单个燃烧剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0066][0067]
其中，m
燃
表示燃烧剂贮箱最多能加注的推进剂量，ρ
燃
为燃烧剂密度，v
燃
为燃烧剂贮箱体积；
[0068]
模块m2.2：分别计算单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0069][0070]
其中，δm
氧
表示单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围，b为混合比，m
总
为总推进剂加注量；
[0071]
单个贮箱的燃烧剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0072][0073]
模块m2.3：根据所述单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，计算x方向和y方向的质心调整范围：
[0074]
x方向的质心调整范围δx，计算公式如下：
[0075][0076]
y方向的质心调整范围δy，计算公式如下：
[0077][0078]
其中，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，m
卫星
为卫星的总重量。
[0079]
优选地，模块m3包括：
[0080]
模块m3.1：确定第一调整方向，若|x
差1
|》|y
差1
|，则以x方向为第一调整方向；若|x
差1
|《|y
差1
|，则y方向为第一调整方向；
[0081]
模块m3.2：根据所述第一调整方向，判断x、y方向的质心偏差方向是否相同，若否，则同时将x、y方向质心偏差调小；若是，则在能够调整的调整范围内调整至x、y方向质心偏差相同，超过调整范围时按照与所述第一调整方向对应的质心调整范围进行调整；
[0082]
模块m3.3：根据调整后的质心偏差，得到加注后质心偏差；
[0083]
其中，x
差1
为x方向加注前的质心偏差，y
差1
为y方向加注前的质心偏差。
[0084]
优选地，模块m4包括：
[0085]
模块m4.1：计算使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0086]
δx1＝-δm
氧用
×r氧
×
sinβ+δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0087]
δy1＝-δm
燃用
×r燃
×
cosα-δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0088]
其中，δx1、δy1分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，δm
氧用
表示在轨使用的氧化剂质量，δm
燃用
为在轨使用的燃料质量，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角；
[0089]
模块m4.2：计算使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0090]
δx2＝δm
氧用
×r氧
×
sinβ-δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0091]
δy2＝δm
燃用
×r燃
×
cosα+δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0092]
其中，δx2、δy2分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差；
[0093]
模块m4.3：根据加注后的偏差选择使用的推进剂，若x
差
＞0，y
差
》0或者x
差
＞0，y
差
《0且|x
差
|＞|y
差
|或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，使用δx1、δy1计算质心偏差量；若x
差
《0，y
差
《0或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|或者x
差
》0，y
差
《0且|x
差
|》|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，使用δx2、δy2计算质心偏差量；其中，x
差
、y
差
分别表示x、y方向加注后的质心偏差；
[0094]
模块m4.4：使用所述推进剂，直到|x
差
|＝|y
差
|且x
差
×y差
《0时停止使用，得到此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量。
[0095]
优选地，模块m5包括：
[0096]
模块m5.1：获取卫星在轨质心偏差允许范围；
[0097]
模块m5.2：根据所述在轨质心偏差允许范围，确定使用策略；
[0098]
当时，以y方向质心偏差达到最大值确定使用策略；当时，以x方向质心偏差达到最大值确定使用策略；其中，x
允
、y
允
分别表示x方向、y方向的在轨质心偏差允许最大值，b表示混合比；
[0099]
所述使用策略包括：先使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，当所述使用策略对应的方向质心偏差与对应的在轨质心偏差允许最大值相等时，根据模块m4.3得到的此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量更换为使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱
tf2配对推进剂，再循环往复切换。
[0100]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0101]
1、本发明适用多种轨道情况下的落压式双组元卫星发射前质心调整，同时通过在轨切换贮箱使用的方法完成在轨质心调控策略，能从发射前到卫星寿命末期的全周期进行质心调控，具有便捷的操作性。
[0102]
2、本发明通过控制推进剂调整质心的技术手段，得到了更多的质心调整余量，进而达到了降低整体卫星布局难度的效果，对卫星总体设计具有便利性。
[0103]
3、本发明能够调整卫星加注后的初始质心位置，同时也能在轨进行卫星质心的调整。
附图说明
[0104]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0105]
图1为本发明流程示意图。
[0106]
图2为本发明实施例中卫星的贮箱布局示意图。
[0107]
图3为本发明贮箱安装示意图。
具体实施方式
[0108]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0109]
根据本发明提供的一种落压式双组元推进系统在轨质心控制方法，如图1所示，包括：
[0110]
步骤s1：确定卫星加注前的质心偏差；该质心偏差是实际质心位置与设计质心位置的偏差。
[0111]
步骤s2：计算卫星非均匀加注调整质心的能力；所述能力包括：x、y方向的质心调整范围，每组配对贮箱的氧燃混合比一致且体积相等；步骤s2包括：
[0112]
步骤s2.1：计算单个贮箱最大加注量，单个氧化剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0113][0114]
其中，m
氧
表示氧化剂贮箱最多能加注的推进剂量，γ为落压比，ρ
氧
为氧化剂密度，v
氧
为氧化剂贮箱体积；单个燃烧剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0115][0116]
其中，m
燃
表示燃烧剂贮箱最多能加注的推进剂量，ρ
燃
为燃烧剂密度，v
燃
为燃烧剂贮箱体积。
[0117]
步骤s2.2：分别计算单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0118][0119]
其中，δm
氧
表示单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围，b为混合比，m
总
为总推进剂加注量；单个贮箱的燃烧剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0120]
步骤s2.3：根据所述单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，计算x方向和y方向的质心调整范围：
[0121]
x方向的质心调整范围δx，计算公式如下：
[0122][0123]
y方向的质心调整范围δy，计算公式如下：
[0124][0125]
其中，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，m
卫星
为卫星的总重量。
[0126]
步骤s3：根据所述质心偏差和所述卫星非均匀加注调整质心的能力确定非均匀加注方案，得到加注后的质心偏差；步骤s3包括：
[0127]
步骤s3.1：确定第一调整方向，若|x
差1
|》|y
差1
|，则以x方向为第一调整方向；若|x
差1
|《|y
差1
|，则y方向为第一调整方向。其中，x
差1
为x方向加注前的质心偏差，y
差1
为y方向加注前的质心偏差。
[0128]
步骤s3.2：根据所述第一调整方向，判断x、y方向的质心偏差方向是否相同，若否，则同时将x、y方向质心偏差调小；若是，则在能够调整的调整范围内调整至x、y方向质心偏差相同，超过调整范围时按照与所述第一调整方向对应的质心调整范围进行调整。具体地，当|x
差i
|》|y
差1
|时，以x方向作为第一调整方向。若两个方向偏差方向相反，则可以同时将两个方向质心偏差调整的更小。若两个偏差方向相同，则调整x方向时y方向偏差反而会变大，在能够调整的范围内调整至两个方向偏差相同。若超过调整范围，则按照最大δx进行质心调整。当|x
差1
|《|y
差1
|时，以y方向作为第一调整方向。若两个方向偏差方向相反，则可以同时将两个方向质心偏差调整的更小。若两个偏差方向相同，则调整y方向时x方向偏差反而会变大，在能够调整的范围内调整至两个方向偏差相同，若超过调整范围，则按照最大δy进行质心调整。
[0129]
步骤s3.3：根据调整后的质心偏差，得到加注后质心偏差。
[0130]
步骤s4：根据加注后的质心偏差，得到推进系统在轨的初始使用策略；步骤s4包括：
[0131]
步骤s4.1：计算使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0132]
δx1＝-δm
氧用
×r氧
×
sinβ+δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0133]
δy1＝-δm
燃用
×r燃
×
cosα-δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0134]
其中，δx1、δy1分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，δm
氧用
表示在轨使用的氧化剂质量，δm
燃用
为在轨使用的燃料质量，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角。
[0135]
步骤s4.2：计算使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0136]
δx2＝δm
氧用
×r氧
×
sinβ-δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0137]
δy2＝δm
燃用
×r燃
×
cosα+δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0138]
其中，δx2、δy2分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差。
[0139]
步骤s4.3：根据加注后的偏差选择使用的推进剂，若x
差
＞0，y
差
》0或者x
差
＞0，y
差
《0且|x
差
|＞|y
差
|或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，使用δx1、δy1计算质心偏差量；若x
差
《0，y
差
《0或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|或者x
差
》0，y
差
《0且|x
差
|》|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，使用δx2、δy2计算质心偏差量；其中，x
差
、y
差
分别表示x、y方向加注后的质心偏差。
[0140]
步骤s4.4：使用所述推进剂，直到|x
差
|＝|y
差
|且x
差
×y差
《0时停止使用，得到此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量。
[0141]
步骤s5：确定推进分系统在轨的长期使用策略，步骤s5包括：
[0142]
步骤s5.1：获取卫星在轨质心偏差允许范围。步骤s5.2：根据所述在轨质心偏差允许范围，确定使用策略；当时，以y方向质心偏差达到最大值确定使用策略；当时，以x方向质心偏差达到最大值确定使用策略；其中，x
允
、y
允
分别表示x方向、y方向的在轨质心偏差允许最大值，b表示混合比偏差。所述使用策略包括：先使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，当所述使用策略对应的方向质心偏差与对应的在轨质心偏差允许最大值相等时，根据步骤s4.3得到的此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量更换为使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，再循环往复切换。
[0143]
具体地，结合附图举例对本发明进一步描述：
[0144]
如图2、图3所示，本发明提供某卫星的贮箱布局及安装示意图，该卫星推进剂总量为300kg，贮箱为100l，卫星总重为2150kg，4个贮箱对称分布在四个象限，距离卫星中心的距离为0.5m。氧化剂和燃烧剂贮箱相对正y轴的夹角均为45
°
。
[0145]
步骤一：通过卫星质量特性测试确定卫星加注前实际质心位置与设计质心位置的偏差为x
差1
＝2.7mm，y
差1
＝4.3mm。
[0146]
步骤二：计算卫星通过非均匀加注调整质心的能力，计算单个贮箱最大加注量，保持每组配对贮箱的氧燃混合比一致，等体积调整质心。公式如下：
[0147][0148]
[0149]
上式落压比γ为3，ρ
氧
为1.441kg/l，ρ
燃
为0.875kg/l，v
氧
和v
燃
为200l，计算得到氧化剂贮箱最多能加注的推进剂量m
氧
为192.1kg，燃料贮箱最多能加注的推进剂量m
燃
为116.6kg。计算单个贮箱的氧化剂、燃烧剂加注量最大调整范围：
[0150][0151][0152]
上式中混合比b为1.65，m
总
为300kg，计算得到计算单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围δm
氧
为5.3kg，单个燃烧剂等体积调整的最大范围δm
燃
为3.2kg。计算卫星通过非均匀加注调整质心的范围：
[0153][0154][0155]
上式m
卫星
为2150kg，β和α为45
°
，r
燃
和r
氧
为600mm，计算得到y方向调整的范围δy为3.35mm，x方向的调整范围δx为0.82mm。
[0156]
步骤三：比较得知y
差1
》x
差1
,按y方向最大调整3.35mm进行调整，得到加注后的质心偏差为y
差
为0.95，x
差
为1.88mm。
[0157]y差
＝y
差1-δy＝4.3-3.35＝0.95mm
[0158]
x
差
＝x
差1-δx＝2.7-0.82＝1.88mm
[0159]
步骤四：得到贮箱初始使用策略如下：通过步骤三得知x
差
＞0，y
差
》0，优先氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对使用，此时x
差
和y
差
会随着推进剂的消耗逐渐减小，直到|x
差
|＝|y
差
|且x
差
×y差
《0时停止使用，采用步骤s4.1公式计算x、y方向使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差δx1、δy1[0160]
δx1＝-δm
氧用
×r氧
×
sinβ+δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0161]
δy1＝-δm
燃用
×r燃
×
cosα-δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0162]
x
差
＝1.88-δx1[0163]y差
＝0.95-δy1[0164]
令|x
差
|＝|y
差
|，x
差
×y差
《0
[0165]
解算得到此时δx1为0.54mm，δy1为2.28mm，x
差
为1.33mm，y
差
为-1.33mm，δm
燃用
和δm
氧用
为3.47kg和5.72kg。
[0166]
步骤五：根据卫星在轨质心偏差需求得到长期贮箱使用策略如下：此卫星在轨质心要求为x和y方向质心偏差y
允
和x
允
不超过10mm，满足
[0167][0168]
则优先氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对使用，直到|y
差
|＝y
允
＝10mm。通过步骤四得知初始y
差
为-1.33mm，反算出δm
燃用
和δm
氧用
为8.29kg和14.69kg。值得注意的是，随着贮箱燃料消耗，卫星总重在减少，每次循环反算出的推进剂使用量也在降低。
[0169]
实施例二
[0170]
本发明还提供了一种落压式双组元推进系统在轨质心控制系统，本领域技术人员可以通过执行所述落压式双组元推进系统在轨质心控制方法的步骤流程实现所述落压式双组元推进系统在轨质心控制系统，即可以将所述落压式双组元推进系统在轨质心控制方法理解为所述落压式双组元推进系统在轨质心控制系统的优选实施方式。
[0171]
根据本发明提供的一种落压式双组元推进系统在轨质心控制系统，包括：
[0172]
模块m1：确定卫星加注前的质心偏差；
[0173]
模块m2：计算卫星非均匀加注调整质心的能力；
[0174]
具体地，所述能力包括：x、y方向的质心调整范围，每组配对贮箱的氧燃混合比一致且体积相等；模块m2包括：模块m2.1：计算单个贮箱最大加注量，单个氧化剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0175][0176]
其中，m
氧
表示氧化剂贮箱最多能加注的推进剂量，γ为落压比，ρ
氧
为氧化剂密度，v
氧
为氧化剂贮箱体积。单个燃烧剂贮箱最大加注量计算公式如下：
[0177][0178]
其中，m
燃
表示燃烧剂贮箱最多能加注的推进剂量，ρ
燃
为燃烧剂密度，v
燃
为燃烧剂贮箱体积。
[0179]
模块m2.2：分别计算单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0180][0181]
其中，δm
氧
表示单个贮箱的氧化剂加注量最大调整范围，b为混合比，m
总
为总推进剂加注量。单个贮箱的燃烧剂加注量最大调整范围的计算公式如下：
[0182]
模块m2.3：根据所述单个贮箱的氧化剂和燃烧剂加注量的最大调整范围，计算x方向和y方向的质心调整范围：
[0183]
x方向的质心调整范围δx，计算公式如下：
[0184][0185]
y方向的质心调整范围δy，计算公式如下：
[0186][0187]
其中，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，m
卫星
为卫星的总重量。
[0188]
模块m3：根据所述质心偏差和所述卫星非均匀加注调整质心的能力确定非均匀加
注方案，得到加注后的质心偏差。
[0189]
具体地，模块m3.1：确定第一调整方向，若|x
差1
|》|y
差1
|，则以x方向为第一调整方向；若|x
差1
|《|y
差1
|，则y方向为第一调整方向；其中，x
差1
为x方向加注前的质心偏差，y
差1
为y方向加注前的质心偏差。模块m3.2：根据所述第一调整方向，判断x、y方向的质心偏差方向是否相同，若否，则同时将x、y方向质心偏差调小；若是，则在能够调整的调整范围内调整至x、y方向质心偏差相同，超过调整范围时按照与所述第一调整方向对应的质心调整范围进行调整。模块m3.3：根据调整后的质心偏差，得到加注后质心偏差。
[0190]
模块m4：根据加注后的质心偏差，得到推进系统在轨的初始使用策略。
[0191]
具体地，模块m4包括：模块m4.1：计算使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0192]
δx1＝-δm
氧用
×r氧
×
sinβ+δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0193]
δy1＝-δm
燃用
×r燃
×
cosα-δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0194]
其中，δx1、δy1分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂产生的偏差，δm
氧用
表示在轨使用的氧化剂质量，δm
燃用
为在轨使用的燃料质量，r
燃
为燃烧剂贮箱中心距离卫星中心的距离，r
氧
为氧化剂贮箱中心距离卫星中心的距离，α为燃烧剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角，β为氧化剂贮箱中心与卫星中心连线与y轴的夹角。
[0195]
模块m4.2：计算使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差，计算公式如下：
[0196]
δx2＝δm
氧用
×r氧
×
sinβ-δm
燃用
×r燃
×
sinα
[0197]
δy2＝δm
燃用
×r燃
×
cosα+δm
氧用
×r氧
×
cosβ
[0198]
其中，δx2、δy2分别为x、y方向使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂产生的偏差。
[0199]
模块m4.3：根据加注后的偏差选择使用的推进剂，若x
差
＞0，y
差
》0或者x
差
＞0，y
差
《0且|x
差
|＞|y
差
|或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，使用δx1、δy1计算质心偏差量；若x
差
《0，y
差
《0或者x
差
《0，y
差
》0且|x
差
|《|y
差
|或者x
差
》0，y
差
《0且|x
差
|》|y
差
|，则使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，使用δx2、δy2计算质心偏差量；其中，x
差
、y
差
分别表示x、y方向加注后的质心偏差。
[0200]
模块m4.4：使用所述推进剂，直到|x
差
|＝|y
差
|且x
差
×y差
《0时停止使用，得到此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量。
[0201]
模块m5：确定推进分系统在轨的长期使用策略。模块m5包括：模块m5.1：获取卫星在轨质心偏差允许范围；模块m5.2：根据所述在轨质心偏差允许范围，确定使用策略；当时，以y方向质心偏差达到最大值确定使用策略；当时，以x方向质心偏差达到最大值确定使用策略；其中，x
允
、y
允
分别表示x方向、y方向的在轨质心偏差允许最大值，b表示混合比；使用策略包括：先使用氧化剂贮箱to1和燃烧剂贮箱tf1配对推进剂，当所述使用策略对应的方向质心偏差与对应的在轨质心偏差允许最大值相等时，根据模块m4.3得到的此时的在轨使用的燃料质量和氧化剂质量更换为使用氧化剂贮箱to2和燃烧剂贮箱tf2配对推进剂，再循环往复切换。
[0202]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系
统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0203]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。