CN101510094B - 一种无拖曳控制双扭摆测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无拖曳控制双扭摆测试装置，包括航天器模拟物体、惯性参考物体、无拖曳控制器和电容位移传感器，航天器模拟物体与惯性参考物体分别采用一悬挂机构悬置。电容位移传感器测量航天器模拟物体相对惯性参考物体的位移信息，将其传送给无拖曳控制器，无拖曳控制器依据位移信息驱动推进器，推进器产生推力施加给航天器模拟物体，最终实现位移补偿。本发明真实模拟飞行器的太空环境，实现对无拖曳控制系统的整体性能测试，为最终确定在轨无拖曳航天提供依据。
Description
技术领域
本发明属于无拖曳航天控制技术领域，具体涉及一种无拖曳控制双扭摆测试装置。
背景技术
一般而言，卫星的残余扰动在微重力水平(10-4～10-6g0，g0为地球表面的重力加速度)，其主要受到大气阻尼、卫星结构振动和姿态调节以及卫星内部移动部件等扰动的限制。为了进一步抑制卫星的残余扰动，人类早在上世纪60年代就提出了无拖曳卫星概念，其基本思想是利用惯性参考物体作为基准，采用微推进器来补偿卫星受到的残余扰动力，使得卫星跟踪惯性参考物体。简单概括而言，无拖曳卫星平台技术就是高精度的姿态控制和轨道控制技术。无拖曳航天技术对于空间基础科学研究、高精度微重力实验、对地观测和深空探测具有重要意义。
无拖曳航天技术包括惯性传感器参考物体、无拖曳控制器和微推进器三部分。惯性传感器由惯性参考物体和位移传感器组成，位移传感器用来监测惯性参考物体与卫星平台的位移或者角度变化。惯性参考物体提供参考基准，其受到的非引力残余扰动力必须尽可能小，其轨迹尽可能沿着测地线运动(只受引力作用的运动轨迹)。一般而言，无拖曳航天器要求惯性传感器的测量精度达到10-8g0甚至更低，主要取决于实验的科学目标。微推进器主要产生微小的推力和力矩，用来补偿卫星的残余扰动力，微推进器的推力精度依赖卫星质量，一般而言需要达到微牛顿量级水平。无拖曳控制器是根据惯性传感器的输出(即卫星偏离惯性参考物体的运动)来控制微推进器，无拖曳控制器相当于一个多输入多输出控制处理器。
目前无拖曳控制地面测试技术还没有对整个系统统一测试，都是单独 对惯性传感器和推进器分别进行测试，对无拖曳控制器的测试还是采取仿真模拟手段来进行研究的。对惯性传感器的地面测试手段是利用悬丝悬挂检验质量构成精密扭摆或者扭秤，通过扭摆响应来研究惯性传感器的性能指标，对推进器的测试利用摆(包括复摆、扭摆以及多线摆)来测试推进器推力、比冲等参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无拖曳控制双扭摆测试装置，真实模拟飞行器的太空环境，实现对无拖曳控制系统的整体性能测试，为最终确定在轨无拖曳航天提供依据。
一种无拖曳控制双扭摆测试装置，包括航天器模拟物体3、惯性参考物体2、无拖曳控制器7和电容位移传感器，电容位移传感器测量航天器模拟物体3相对惯性参考物体2的位移信息，将其传送给无拖曳控制器7，无拖曳控制器7依据位移信息驱动推进器8，推进器8产生推力施加给航天器模拟物体3，实现位移补偿，所述航天器模拟物体3由第一悬挂机构悬置，所述惯性参考物体2由第二悬挂机构悬置。
本发明的技术效果体现在：本发明采用第一悬挂机构悬置航天器模拟物体3，第二悬挂机构悬置惯性参考物体2，使得航天器模拟物体3和惯性参考物体2可在小范围内处于自由状态，真实地模拟飞行器在太空中的运行状态，再结合无拖曳控制器和微推进器一起构成一个双扭摆测试装置，该装置不仅能对惯性传感器、推进器及无拖曳控制器的本身性能进行单独测试及研究，还能够对前述三个构件的性能进行整体综合测试，综合测试结果对空间无拖曳航天系统技术在地面进行验证提供了可行性，为最终空间应用提供可靠依据。
附图说明
图1为本发明无拖曳控制双扭摆测试系统实例示意图。
具体实施方式
利用悬丝1悬挂一惯性参考物体2，再利用另一根悬丝1悬挂含有电容极板的航天器模拟物体3，航天器模拟物体3与惯性参考物体2组合成电容位移传感器探头5，电容位移传感器探头5结合位移传感器电路6测量航天器模拟物体3相对于惯性参考物体2的位移。测量位移通过无拖曳控制器7得到反馈信号，然后反馈信号施加给推进器8，推进器8产生推力9施加给航天器模拟物体3，最终使得航天器模拟物体3维持与惯性参考物体2保持相对不动，这样在实验室实现了无拖曳控制，从而可以开展无拖曳控制各部份性能指标和统一性能的测试。为了避免与悬挂检验质量悬丝的干涉，通过一个航天器模拟物体悬挂过渡支撑架4来连接航天器模拟物体。另外，对于扭摆而言，由于其灵敏度高，需要安装在真空容器内以减小气体分子的扰动。
Claims (2)
1.一种无拖曳控制双扭摆测试装置，包括真空容器、航天器模拟物体（3）、惯性参考物体（2）、无拖曳控制器（7）、推进器（8）和电容位移传感器，航天器模拟物体（3）、惯性参考物体（2）和推进器（8）安放于真空容器内，电容位移传感器测量航天器模拟物体（3）相对惯性参考物体（2）的位移信息，将其传送给无拖曳控制器（7），无拖曳控制器（7）依据位移信息驱动推进器（8），推进器（8）产生推力施加给航天器模拟物体（3），实现位移补偿，其特征在于，所述航天器模拟物体（3）由第一悬挂机构悬置，所述惯性参考物体（2）由第二悬挂机构悬置。
2.根据权利要求1所述的一种无拖曳控制双扭摆测试装置，其特征在于，所述第一和第二悬挂机构为悬丝。
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