轨道机动中的姿态控制关键技术与三轴稳定系统设计

轨道机动期间的姿态控制是航天器轨道控制中的关键技术环节，特别是在卫星领域的应用中显得尤为重要。本文首先介绍了航天器轨道控制与姿态控制的紧密关系，指出在进行轨道机动时，确保卫星姿态稳定是至关重要的，因为它直接影响到轨道机动后的目标定位。姿态控制通常包括机动时刻的选择、机动姿态的建立以及机动期间的姿态稳定两个步骤。 对于自旋稳定的卫星，其姿态主要通过卫星自身的旋转来维持，但细长体卫星还需关注轨道机动前后产生的章动稳定性，这可能需要在轨道机动期间进行被动章动控制，其效果取决于喷气推进器的阻尼作用和点火时间管理。对于三轴稳定式自主控制的卫星，星上控制系统的设计至关重要。这类卫星需在复杂的动力学环境中保持稳定性，如多体效应、挠性、液体晃动和参数时变等因素，同时还要处理轨道发动机推力方向变化导致的姿态力矩干扰。为了实现预定的性能指标，姿态控制设计需要高度精密和适应性强。 具体到三轴稳定地球同步大容量通信广播卫星，其姿态动力学模型会考虑到太阳帆板的柔性振动和大型燃料箱的液体晃动。动力学模型表现为一组微分方程，包括刚体部分、挠性附件部分和液体燃料晃动部分的运动方程。这些方程反映了卫星在机动过程中各种物理效应对姿态的影响，姿态控制工程师需要精确地掌握并解决这些动力学问题，以确保卫星在整个轨道机动期间能够有效地维持稳定，从而顺利完成任务。 轨道机动期间的姿态控制涉及卫星的姿态选择、稳定策略、控制系统设计以及动力学模型等多个方面，是一项复杂且精密的航天工程任务。理解并优化这些技术对于确保卫星在太空中的有效运行和任务执行具有重要意义。