带有旋转载荷舱的微小卫星动静不平衡分析

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• 论文作者：马曙光 ; 于强 ; 王天舒
• 年：2016
• 作者机构：清华大学航天航空学院;
• 论文关键词：微小卫星 ; 旋转载荷舱动静不平衡 ; 姿态控制
• 会议召开时间：2016-05-06
• 会议录名称：第十届动力学与控制学术会议摘要集
• 语种：中文
• 分类号：V412.4;V474
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十届动力学与控制学术会议
• 会议地点：中国四川成都
• 主办单位：中国力学学会动力学与控制专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：2
• 文件大小：744k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

随着微小卫星在航天工程中的广泛应用,微小卫星上载荷的功能也越来越多样。其中,一种带有旋转载荷舱的微小卫星成为目前快速发展的微小卫星平台。这种卫星平台的特点是卫星主体由平台舱和载荷舱构成,二者的质量和转动惯量相差不大。当卫星正常工作时,平台舱处于漂浮状态,并保持姿态稳定,载荷舱相对于平台舱以恒定角速度绕固定旋转轴快速旋转。当载荷舱旋转,由于平台舱和载荷舱均存在静不平衡量(即平台舱的质心和载荷舱的质心都可能偏离旋转轴)和动不平衡量(即平台舱的转动惯量和载荷舱的转动惯量的非对角线元素有较大非零值),导致二者在运动学和动力学上发生相互耦合作用;又由于两者质量特性相差不大,使得这种耦合作用显得更为明显,从而影响了卫星的姿态稳定。本文首先推导了平台舱和载荷舱在不受外力和外力矩作用时的动力学方程,分析了载荷舱旋转对于卫星姿态的影响。然后针对某小卫星型号,利用多体动力学软件ADAMS进行了数值仿真。仿真结果表明,若不对卫星进行姿态控制,卫星姿态将会逐渐发散,直至发生翻转。为避免卫星姿态发散,卫星姿态控制系统需要提供相应的控制力矩。本文给出了当载荷舱旋转时,为保持卫星姿态稳定所需控制力矩的解析形式,并利用ADAMS对卫星保持姿态稳定的状况进行了数值仿真。仿真结果表明,根据理论结果预测的控制力矩和ADAMS给出的控制力矩大小相符。

引文