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我國初具全電推衛(wèi)星控制能力分析論文
經過為期兩年的科研攻關，近日，中國航天科技集團公司五院502所電推進平臺控制系統(tǒng)一體化設計方案新鮮出爐。這標志著我國已經初步掌握電推進衛(wèi)星GNC(制導、導航與控制)系統(tǒng)設計方法，我國在電推進衛(wèi)星理論研究與工程設計工作中取得重要進展。
如何在“衛(wèi)星大腦”GNC系統(tǒng)的操控下幫助電推進航天器進行軌道轉移、精確入軌以及在軌控制是世界性難題�！芭c傳統(tǒng)的化學推進航天器相比，全電推給航天器的制導、導航與控制技術帶來顛覆性改變。”中國航天科技集團公司五院502所研發(fā)中心副主任湯亮說。
以通信衛(wèi)星變軌為例。在發(fā)射成功之后，通信衛(wèi)星要從近地點200千米轉移到距離地球3.6萬公里的地球靜止軌道。在化學推進器的作用下，衛(wèi)星只需要5次運行軌跡修正、歷時7天左右時間就可以完成這一過程。而在電推進技術應用之后，衛(wèi)星在變軌過程中姿態(tài)、運行軌跡需要進行不間斷修正，直至變軌完成。這一過程需要歷時180天。
“電推進衛(wèi)星對GNC系統(tǒng)要求非常高。軌道控制不同方向的耦合、姿態(tài)與軌道控制耦合、大量誤差源的耦合等問題研究起來要比傳統(tǒng)控制方案復雜得多�！睖琳f。
同時，傳統(tǒng)化學推進衛(wèi)星的變軌方式是階段性變軌，這意味著科研人員只需向衛(wèi)星平臺進行階段性數(shù)據(jù)注入就能保證實現(xiàn)變軌。而采用電推進技術后，科研人員需對衛(wèi)星的運行軌跡進行實時監(jiān)測和不間斷調整。
“一顆衛(wèi)星電推進持續(xù)工作時間如此之長，飛行測控資源又如此有限，要求科研人員對它進行實時監(jiān)測確實非常困難�！�502所某電推進型號副主任設計師石恒表示，這種實際狀況也對衛(wèi)星平臺具有更強的自主導航、自主控制甚至一定程度的任務自主規(guī)劃能力形成了挑戰(zhàn)。
“在充分繼承我國高軌衛(wèi)星控制方法的同時，我們設計并驗證了一批針對電推進衛(wèi)星控制的基礎方法，其中包括軌道轉移控制、自主導航方法等�！�502所電推進控制技術攻關小組成員馬雪說。
而這樣的方案形成了電推進衛(wèi)星GNC系統(tǒng)完整的問題分析和設計框架，整體提升了電推進衛(wèi)星自主運行能力，同時方案性能經過數(shù)值驗證，滿足目前我國新型電推進衛(wèi)星平臺指標要求�！叭嫱黄齐娡七M平臺制導、導航和控制的關鍵技術和在軌實施，將進一步加快我國多顆衛(wèi)星的工程化進程，實現(xiàn)多平臺、多任務的適用目標�！�502所研發(fā)中心主任何英姿表示，在這一設計方案的作用下，在不久的將來，我國可全面具備全電推通信衛(wèi)星平臺的控制能力。
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