氣動(dòng)力矩在超低軌道衛(wèi)星姿態(tài)控制方面的應(yīng)用研究.pdf

1、目前，超低軌道衛(wèi)星受到了各航天大國和著名研究機(jī)構(gòu)的重視，由于軌道高度低，在進(jìn)行高分辨率對地觀測偵察時(shí)，可顯著降低有效載荷的重量和功耗，甚至采用普通觀測設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)高分辨率觀測，并且衛(wèi)星研制成本能夠降低到傳統(tǒng)衛(wèi)星的三分之一到五分之一，因此，超低軌道衛(wèi)星的研制，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和工程應(yīng)用價(jià)值。但是由于其軌道高度較低，相比傳統(tǒng)低軌衛(wèi)星受到的氣動(dòng)力與氣動(dòng)力矩高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致超低軌道衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)衛(wèi)星相比具有顯著的不同之處，如何充

2、分利用氣動(dòng)力矩，為姿態(tài)控制系統(tǒng)服務(wù)，是一個(gè)值得研究的課題。本文將主要對高精度氣動(dòng)力矩計(jì)算方法以及利用氣動(dòng)力矩進(jìn)行輔助姿態(tài)控制等關(guān)鍵問題進(jìn)行分析研究。
　　首先，本文在提出超低軌道偵察衛(wèi)星的構(gòu)型設(shè)計(jì)約束條件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了衛(wèi)星構(gòu)型，為解決質(zhì)心壓心不重合，產(chǎn)生氣動(dòng)力矩大的問題，在衛(wèi)星構(gòu)型中加入了氣動(dòng)舵，作為控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，利用氣動(dòng)舵的對衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行主動(dòng)控制；
　　其次，以稀薄氣體動(dòng)力學(xué)中的自由分子流理論為基礎(chǔ)，研究了計(jì)算任意

3、外形衛(wèi)星在軌氣動(dòng)力與氣動(dòng)力矩的高精度算法，采用有限元軟件建模，劃分網(wǎng)格，然后計(jì)算單元基本屬性，判斷并排除遮擋面，計(jì)算氣動(dòng)系數(shù)，最后計(jì)算氣動(dòng)力矩并累加，并將計(jì)算得到的氣動(dòng)力矩保存留以仿真使用；
　　接著，對前面設(shè)計(jì)的超低軌道偵察衛(wèi)星計(jì)算氣動(dòng)力矩，來確定氣動(dòng)舵的設(shè)計(jì)尺寸，研究了氣動(dòng)力矩輔助姿態(tài)控制的算法，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)干擾力矩狀態(tài)估計(jì)器來估計(jì)衛(wèi)星受到的氣動(dòng)力矩，從而達(dá)到減小衛(wèi)星氣動(dòng)力矩、避免反作用飛輪飽和的目的，利用Matlab/Simu