專利名稱：一種可全向變軌航天器的16推力器布局設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航天飛行器姿態(tài)與軌道控制領(lǐng)域，尤其為一種可提供三軸六向推力的，滿足全向軌道機動的16推力器布局設(shè)計，具體地為一種可全向變軌航天器的16推力器布局設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
推力器作為衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)的重要部件，一般多個共同配合，通過噴出工質(zhì)對衛(wèi)星的反作用力和力矩，完成衛(wèi)星入軌星箭分離后姿態(tài)阻尼、姿態(tài)控制、飛輪卸載、軌道保持、軌道機動等功能。現(xiàn)有的航天器大多設(shè)計為一次性使用，為保證使用壽命，分系統(tǒng)通常采用冗余設(shè) 計。另一方面處于成本和重量限制，備份又不能太多。推力器的選型與配置，在滿足使用功能的基礎(chǔ)上，也有適當?shù)膫浞?。?zhí)行交會對接、在軌服務(wù)或其他接近伴飛任務(wù)的航天器，僅具有軌道高度或傾角控制功能是不足以滿足任務(wù)需求的，通常須具備三個軸六個方向的軌道控制功能，以產(chǎn)生從遠程接近到近距離控制的軌控推力。經(jīng)過調(diào)研，列舉了以下幾種在軌衛(wèi)星的推力器布局I)某遙感衛(wèi)星采用12個推力器，具備三軸姿控和兩個方向(X+、Z+)軌道控制功能，分為A、B兩組，任一組均可完成姿軌控制，為雙備份系統(tǒng)，如圖I所示。2)某遙感衛(wèi)星采用16個單組元推力器，均布于衛(wèi)星底板，第9、10、11、12、13、14、15,16號單組元推力器為正裝垂直于底面，第1、2、3、4、5、6、7、8號單組元推力器為斜裝25。(與底面夾角)，分主、備兩套推力器，具備三軸姿控和X+向軌控功能，為雙備份系統(tǒng)。如圖2所示。通過分析以上及其他在軌衛(wèi)星的推力器布局設(shè)計，可得出以下結(jié)論目前在軌衛(wèi)星通常以單推力器完成一個軸的姿控，備份通常采用兩套完全一樣的推力器布局；姿軌控共用比姿軌控獨立控制省推力器，且較成熟。傳統(tǒng)的推力器布局往往僅考慮了軌道高度或傾角控制功能，無法滿足三軸六向的軌控功能。現(xiàn)有衛(wèi)星推力器布局設(shè)計有較大的優(yōu)化空間，在削減推力器個數(shù)的情況下，保證三軸姿態(tài)、六向推力控制的雙備份的使用功能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了探究一種較優(yōu)的布局方法，在不削減使用功能的前提下，進一步精簡目前工程上推力器的布局設(shè)計方案，利用角布局16個推力器，完成衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制、六向軌道控制功能，同時有備份，即任一路推力器故障，仍能滿足控制使用功能。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種可全向變軌航天器的16推力器布局設(shè)計方法，包括如下步驟
步驟A :將4個推力器按照3正裝I斜裝的方式組成一組推力器組合模塊；
步驟B :將4組所述推力器組合模塊布局在衛(wèi)星的四個對角，其中，任意兩組所述推力器組合模塊不相鄰；步驟C :配置兩套獨立管路支路，使16個推力器中的8個推力器使用一套管路，其余8個推力器使用另一條管路。優(yōu)選地，在所述步驟A中，具體地在每一組推力器組合模塊的4個推力器中，3個推力器分別沿主軸方向，還有I個推力器與另3個推力器呈相同的54. 74。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種可全向變軌航天器的16推力器布局中的推力器組合模塊，包括4個推力器，其中，所述4個推力器按照3正裝I斜裝的方式設(shè)置，在4個推力器中，3個推力器分別沿主軸方向，還有I個推力器與另3個推力器呈相同的54.74°。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種可全向變軌航天器的16推力器衛(wèi)星，包括衛(wèi)星，還包括推力器組合模塊，所述衛(wèi)星的四個對角分別設(shè)置有一組所述推力器組合模塊，并且任意兩組所述推力器組合模塊不相鄰；其中，所述推力器組合模塊包括4個推力器，其中，所述4個推力器按照3正裝I斜裝的方式設(shè)置，在4個推力器中，3個推力器分別沿主軸方向，還有I個推力器與另3個推力器呈相同的54. 74°。本發(fā)明通過12個正裝推力器、4個斜裝推力器完成了姿軌控雙備份，利用較少的推力器數(shù)量，合理的布局，不占用面心，為更方便星表其他單機布局。
圖I為在軌衛(wèi)星推力器安裝布局I (圖中坐標系為衛(wèi)星本體坐標系);圖2為在軌衛(wèi)星推力器安裝布局2 (底板)；圖3為力矩四棱錐各力矩方向示意圖；圖4為推力器布局；圖5為全軌道機動航天器推力方向示意圖(軌道坐標系)。
具體實施例方式本項發(fā)明實施方式按照衛(wèi)星系統(tǒng)工程實施規(guī)范進行，實施要點如下I)任務(wù)分析應(yīng)用本方案首先進行任務(wù)分析，明確衛(wèi)星三軸姿控和六向軌控使用功能，且具有備份。2)方案論證進行方案設(shè)計。根據(jù)衛(wèi)星本體各角(衛(wèi)星通常為六面體)，首先確定可進行推力器放置的區(qū)域(考慮天線、太陽電池陣、遮擋等約束條件)，進行推力器布局，細化技術(shù)要求和指標，進行可行性分析論證，包括計算機仿真驗證等。3)詳細設(shè)計根據(jù)確定好的推力器布局方案，進行安裝支架設(shè)計、管路設(shè)計、確定貯箱大小、設(shè)計支架等工作，進行推進劑預(yù)算，羽流影響分析，最終完成推進分系統(tǒng)的詳細設(shè)計。4)工程研制
本項發(fā)明的工程研制可嚴格按照衛(wèi)星研制流程、研制規(guī)范、管理規(guī)范、質(zhì)量和風險控制等規(guī)章制度執(zhí)行。實施產(chǎn)品研制合同管理，嚴格交付驗收，經(jīng)歷空間環(huán)境考核，參加衛(wèi)星總體總裝總測和各項試驗，直至衛(wèi)星發(fā)射入軌。5)在軌測試與驗證在衛(wèi)星交付驗收投入業(yè)務(wù)運行前，對本項發(fā)明進行在軌測試和驗收。根據(jù)在軌測試方案和大綱，對研制的推力器配置方案進行測試、技術(shù)指標考核和評估等。更為具體地，本發(fā)明的一個優(yōu)選地具體實施方式
如下I) 3正裝I斜裝的推力器組合模塊本發(fā)明16推力器布局基于3正裝I斜裝的4推力器組合模塊，如圖3所示，F(xiàn)UF2、F3分別沿主軸方向，F(xiàn)4與另三個推力器呈相同的54. 74。。
2) 16推力器4角布局方式為實現(xiàn)各軸姿軌控均有備份，且不占用面心，將4組3正裝I斜裝推力器組合模塊布局在衛(wèi)星的四個對角，如圖4所示，參考坐標系為本體系表I姿軌控推力器功能表
軸正組合I組合2組合3軌控斜裝影響
向負 F1\F3\F5\F7 F2\F4\F6\F8 F9\F10\F15\F16 F11\F12\F13\F14 軌道
滾 +X F3、 F5 F9、 Fll 無 2力-X Fl、F7 F10、F12 無 姿彳府 +Y F2、F6 F10、Fll 無 控 _ -Y F4、F8 F9、F12 無 IU +Z F5、F7 F2、F4 無 航-Z Fl、 F3 F6、 F8 無 滾 +X F2、F8 F13、F14 動-X F4、 F6 F15、 F16 軌彳府 +Y Fl、F5 F14、F16 控 _ -Y F3、F7 F13、F15 +Z Fll、F12 F13、F16 航-Z F9、FlO F14、F15 T I I I 0.577 __%_______由上表可以看出，每一個軸的姿態(tài)和軌道控制功能，都有兩套控制組合以實現(xiàn)，其中除軌控備份斜裝推力器使用時效率為0. 577外，其他組合效率均為I。3)管路備份設(shè)計8個推力器使用一套管路，任意一管路切斷后，另外一套仍可完成三軸姿控和六向軌控功能，配置如下
F1、F2、F5、F6、F9、F12、F13、F15 共用一套管路；F3、F4、F7、F8、F10、F11、F14、F16 共用一套管路；該方案通過12個 正裝推力器、4個斜裝推力器完成了姿軌控雙備份，利用較少的推力器數(shù)量，合理的布局，不占用面心，為更方便星表其他單機布局。
權(quán)利要求
1.一種可全向變軌航天器的16推力器布局設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟A :將4個推力器按照3正裝I斜裝的方式組成ー組推力器組合模塊； 步驟B :將4組所述推力器組合模塊布局在衛(wèi)星的四個對角，其中，任意兩組所述推力器組合模塊不相鄰； 步驟C :配置兩套獨立管路支路，使16個推力器中的8個推力器使用ー套管路，其余8個推力器使用另一條管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可全向變軌航天器的16推力器布局設(shè)計方法，其特征在干，在所述步驟A中，具體地在每ー組推力器組合模塊的4個推力器中，3個推力器分別沿主軸方向，還有I個推力器與另3個推力器呈相同的54. 74°。
3.—種可全向變軌航天器的16推力器布局中的推力器組合模塊，其特征在于，包括4個推力器，其中，所述4個推力器按照3正裝I斜裝的方式設(shè)置，在4個推力器中，3個推力器分別沿主軸方向，還有I個推力器與另3個推力器呈相同的54. 74。。
4.一種可全向變軌航天器的16推力器衛(wèi)星，其特征在于，包括衛(wèi)星，還包括推力器組合模塊，所述衛(wèi)星的四個對角分別設(shè)置有一組所述推力器組合模塊，并且任意兩組所述推カ器組合模塊不相鄰；其中，所述推力器組合模塊包括4個推力器，其中，所述4個推力器按照3正裝I斜裝的方式設(shè)置，在4個推力器中，3個推力器分別沿主軸方向，還有I個推力器與另3個推力器呈相同的54. 74°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可全向變軌航天器的16推力器布局設(shè)計方法，包括步驟步驟A將4個推力器按照3正裝1斜裝的方式組成一組推力器組合模塊；步驟B將4組所述推力器組合模塊布局在衛(wèi)星的四個對角，其中，任意兩組所述推力器組合模塊不相鄰；步驟C配置兩套獨立管路支路，使16個推力器中的8個推力器使用一套管路，其余8個推力器使用另一條管路。本發(fā)明設(shè)計了一種角布局優(yōu)化的16推力器全軌道機動航天器推力器布局方案，可提供三軸六向推力，具備姿控、軌控備份功能，角布局設(shè)計不占用面心，為星表單機提供更大的布局空間。
文檔編號B64G1/40GK102649480SQ20121012097
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者崔本杰, 沈慶豐, 陳占勝, 黃小虎 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所