一种预估轨控综合效率和推进剂消耗量的方法

摘要

一种预估轨控综合效率和推进剂消耗量的方法，该方法根据之前在轨标定出的轨控推力器工作期间对卫星的扰动力矩，计算出其它推力器对扰动力矩进行补偿控制时对轨道位置产生的不期望影响，根据对轨道的不期望影响，修正轨控推力器工作时间，并计算出这颗卫星轨控推力器的轨控综合效率，根据修正过的所有推力器工作时间，估算本次轨道机动的推进剂消耗量及推进剂余量。本发明使卫星在沿轨道坐标系X方向进行轨道机动时的控制参数确定和推进剂消耗量的估算可以更加准确，有效的提高了中高轨道卫星轨道机动的精度，延长卫星在轨使用寿命。

主权项

1.一种预估轨控综合效率和推进剂消耗量的方法，其特征在于步骤如下：（1）根据轨道机动选择的轨控推力器和控制速度增量ΔV，计算得到轨控推力器点火时间长度Δt_c；$\mathrm{\Delta M}=(M_d+M_p)·[1-e^{(-\frac{\left|\mathrm{\Delta V}\right|}{I_{\mathrm{sp}}\times K_e})}]$${\mathrm{\Delta t}}_c=\frac{\mathrm{\Delta M}}{2(W_0+W_f)}$其中M_d为干星质量；M_p为轨道机动前推进剂质量；ΔV为控制速度增量；K_e为推力器控制效率；I_sp为推力器比冲；W₀为氧化剂流率，W_f为燃烧剂流率；（2）根据轨控推力器点火时间长度Δt_c、轨控推力器工作时对卫星三轴的干扰力矩T_xi、T_yi、T_zi和各推力器产生的力矩M_ij，其中i为轨控推力器编号,取23A、45A、67A、23B、45B、67B，j取x、y、或z轴，计算出轨道机动过程中用于补偿控制的喷气时间t_i：使用A或B分支：若T_xi为正，则：$t_{7A}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{xi}}}{M_{7\mathrm{Ax}}},t_{6A}=0$或$t_{7B}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{xi}}}{M_{7\mathrm{Bx}}},t_{6B}=0;$若T_xi为负，则：$t_{6A}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{xi}}}{M_{6\mathrm{Ax}}},t_{7A}=0$或$t_{6B}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{xi}}}{M_{6\mathrm{Bx}}},t_{7B}=0;$若T_yi为正，则：$t_{5A}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{yi}}}{M_{5\mathrm{Ay}}},t_{4A}=0$或$t_{5B}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{yi}}}{M_{5\mathrm{By}}},t_{4B}=0;$若T_yi为负，则：$t_{4A}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{yi}}}{M_{4\mathrm{Ay}}},t_{5A}=0$或$t_{4B}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{yi}}}{M_{4\mathrm{By}}},t_{5B}=0;$若T_zi为正，则：$t_{2A}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{zi}}}{M_{2\mathrm{Az}}},t_{3A}=0$或$t_{2B}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{zi}}}{M_{2\mathrm{Bz}}},t_{3B}=0;$若T_zi为负，则：$t_{3A}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{zi}}}{M_{3\mathrm{Az}}},t_{2A}=0$或$t_{3B}={\mathrm{\Delta t}}_c\times \frac{T_{\mathrm{zi}}}{M_{3\mathrm{Bz}}},t_{2B}=0;$（3）根据步骤（2）中得到的各推力器用于补偿控制的喷气时间t_i，计算其对轨道产生冲量P_i：推力器2A、3A或2B、3B在+X方向的冲量为：推力器4A、5A或4B、5B在+X方向的冲量为：推力器6A、7A或6B、7B在+X方向的冲量为：其中，偏航姿态偏置量为ψ_b，α_2/3、α_4/5、α_6/7分别为推力器2/3、4/5、6/7的推力方向与卫星本体X轴的夹角；（4）根据冲量P_i修正轨控推力器工作时间为预估出推力器的总工作时间t_总，其中补偿控制引起的对沿轨道坐标系+X轴切向轨控量的补偿量Δt_com计算公式为：补偿轨控推力器工作时间：计算所有推力器总工作时间：或（5）计算轨控综合效率为（6）依据推力器总工作时间t_总计算推进剂消耗量ΔM^*和推进剂余量ΔM^*=2(W₀+W_f)×t_总$M_p^{*}=M_p-\Delta M^{*}$（7）记录轨控综合效率和推进剂余量