利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，包括如下步骤：步骤1：确定卫星的构型与整星布局,将卫星拆分为多个部件；步骤2：测量所述部件的质量并测量所述部件中各零部件的质量和质心；步骤3：建立所述部件中各零部件的质心所满足的质心方程；步骤5：根据质心方程，求得所述部件的质心坐标；步骤6：根据多个所述部件的质心坐标合成卫星在轨状态的质心。本发明在计算卫星质心时，能够利用足够多的实际可测的零部件质量和质心信息，以二阶精度实现卫星质心计算，在工程上有较广的适用范围。
【专利说明】利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天动力学技术，具体地，涉及一种利用零部件的质量和质心信息计 算卫星质心的方法。
【背景技术】
[0002] 针对高精度编队构型设计与控制技术，实现多约束条件下的分布式干涉测绘卫星 编队优化设计、编队轨道构形的协同控制等技术，卫星的质心偏差是一个主要的干扰力，影 响在轨编队的性能水平（参见期刊《国际宇航联会刊》（ActaAstronautica) 2012年特刊文 章"采用精密编队飞行技术获取纯引力轨道（Acquirementofpuregravityorbitusing precisionformationflyingtechnology)")。精确计算卫星的质心，减小干扰力是提高卫 星在轨性能的基础。
[0003] 现有技术中，LISA模型团队采用卫星有限单元模型提供的结点质量和位 置，对所有单元求和得到卫星的质心数据（参见《经典与量子引力》（Classicaland QuantumGravity) 2005年第22卷第10期S395-S402页的文章"LISA自引力分析模型 (Self-gravitymodelingforLISA)")。但是，这种利用卫星有限元模型计算卫星质心的方 法，对卫星有限单元模型的质量分布精度要求苛刻，使得材质非均匀部件的精确建模非常 困难。
[0004] 依据我国现有卫星的质心测试经验是将如光学卫星的相机、电子侦察卫星的赋性 面天线以及通讯卫星的大型反射面天线等作为卫星有效载荷部件保持其工作状态直接安 装在卫星平台上，进行整星的质心测试，由于其没有展开部件或展开部件对整星的质心变 化影响小，卫星在轨飞行与地面状态基本一致，故此类卫星的在轨质心计算误差较小。而作 为安装了合成孔径雷达（SAR)大型平面相控阵天线的雷达卫星的质心测试方法截然不同。 由于合成孔径雷达（SAR)大型平面相控阵天线尺寸大，距离向或方位向的尺寸远远超出运 载火箭的整流罩包络允许范围，故需在发射状态下通过构型设计技术将其收拢在运载火箭 整流罩的包络允许范围内，入轨后通过展开机构形成一块平面相控阵天线。卫星的太阳电 池阵也需在发射状态下通过构型设计技术将其收拢在运载火箭整流罩的包络允许范围内， 入轨后通过展开机构形成一块平面太阳电池阵。由于SAR天线和太阳电池阵的重量和尺 寸较大，同时由于地面测试设备、测试方法、环境因素等原因导致地面状态下难以直接测得 SAR天线和太阳电池阵的质心。此外，星上其他展开部件等均能在不同程度上影响卫星的质 心。综合以上卫星在轨与地面状态的差异，导致了准确计算卫星在轨质心的难题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用实际可测的零部件的质量 和质心信息计算卫星质心的方法。
[0006] 根据本发明提供的利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，包括如下 步骤：
[0007] 步骤I:确定卫星的构型与整星布局，将卫星拆分为多个部件；
[0008] 步骤2 :测量所述部件的质量并测量所述部件中各零部件的质量和质心；
[0009] 步骤3:建立所述部件中各零部件的质心所满足的质心方程；
[0010] 步骤5:根据质心方程，求得所述部件的质心坐标；
[0011] 步骤6 :根据多个所述部件的质心坐标合成卫星在轨状态的质心。
[0012] 优选地，所述步骤5之后还包括如下修正步骤：
[0013]-根据总装电缆走线位置，对所述部件中的总装电缆进行裁剪并对裁剪得到的电 缆进行秤重和记录；
[0014]-根据裁剪得到的电缆的质量对所述质心坐标进行修正，实现以二阶精度计算出 所述部件的质心坐标。
[0015] 优选地，所述多个部件包括星体、SAR天线以及太阳阵。
[0016] 优选地,所述步骤3具体为：设所述部件的质量为Ms，s为部件名称，零部件的质量 为msi，i= 1，2,…η，η表示零部件总数，si表示第i个零部件，实测零部件的质心在全局坐 标系OXYZ中的坐标依次为（X。，#y。，#ζ。，,」)，j= 1，2,…P,C表示测量的零部件，Sj表示第 j个零部件，P为实际测量的零部件数量，计算求得的零部件的质心在全局坐标系OXYZ中的 坐标依次为（Xd，sk,yd，sk,Zd，sk),k= 1，2,p+q=n，q表示计算的零部件的数量，d表示计 算的零部件，sk表示第k个零部件，则该部件的零部件质量和质心（XS，YS，Zs)满足的数学方 程为：
【权利要求】
1. 一种利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤1 :确定卫星的构型与整星布局，将卫星拆分为多个部件； 步骤2 :测量所述部件的质量并测量所述部件中各零部件的质量和质心； 步骤3 :建立所述部件中各零部件的质心所满足的质心方程； 步骤5 :根据质心方程，求得所述部件的质心坐标； 步骤6 :根据多个所述部件的质心坐标合成卫星在轨状态的质心。
2. 根据权利要求1所述的利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，其特征 在于，所述步骤5之后还包括如下修正步骤： -根据总装电缆走线位置，对所述部件中的总装电缆进行裁剪并对裁剪得到的电缆进 行秤重和记录； -根据裁剪得到的电缆的质量对所述质心坐标进行修正，实现以二阶精度计算出所述 部件的质心坐标。
3. 根据权利要求1所述的利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，其特征 在于，所述多个部件包括星体、SAR天线以及太阳阵。
4. 根据权利要求2所述的利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，其特征 在于，所述步骤3具体为：设所述部件的质量为Ms，s为部件名称，零部件的质量为msi，i= 1，2,…η,η表示零部件总数，si表示第i个零部件，实测零部件的质心在全局坐标系OXYZ 中的坐标依次为（χ。，#y。，#ζ。，,」)，j= 1，2, "·ρ,c表示测量的零部件，sj表示第j个零部 件，P为实际测量的零部件数量，计算求得的零部件的质心在全局坐标系OXYZ中的坐标依 次为（Xd，sk,yd，sk,Zd，sk),k= 1，2,…q,p+q=n，q表示计算的零部件的数量，d表示计算的零 部件，sk表示第k个零部件，则该部件的零部件质量和质心（Xs，Ys，Zs)满足的数学方程为：
其中，me，sj表示第j个零部件实测质量，md，sk表示第k个零部件计算质量，Xs、Ys、Zs分 别表示零部件的质心坐标。
5. 根据权利要求4所述的利用零部件的质量和质心信息计算卫星质心的方法，其 特征在于，所述修正步骤具体为：设修正后的质心坐标为（V，V，ZS')，修正值为 (Amsi,Axsi,Aysi,Azsi)实现以二阶精度计算出所述部件的质心，具体包括：
其中，ΛXs为部件s在X向的质心变化量，ΛYs为部件s在Y向的质心变化量，ΛZs为 部件s在Z向的质心变化量，msi'为部件s修正后的质量，Xsi'为部件s修正后的X向质 心，ys/为部件s修正后的Y向质心，Zs/为部件s修正后的Z向质心，msi为修正前部件 的质量，msi为部件s第i个零部件的质量，Amsi为部件s质量的修正值，Xsi为部件s第i 个零部件X向质心，ysi为部件s第i个零部件Y向质心，Zsi为部件s第i个零部件Z向质 心，ΛXsi为部件s第i个零部件X向质心修正值，Λ ysi为部件s第i个零部件Y向质心修 正值，ΛZsi为部件s第i个零部件Z向质心修正值。
【文档编号】G01M1/12GK104458123SQ201410610512
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】陈汀, 陈重华, 吴远波 申请人:上海卫星工程研究所