CN106516167B - 高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法，包括：测试前，用标准砝码标定质心测试台；将卫星直接安装在质心测试台上，在推进剂加注前，消除卫星外围工装对测试的影响；在加注过程中，直接测量卫星质量和质心；加注后，进行质心测试台蠕变效应的标定，并再次测试。本发明提供的加注方法，质量测试的精度小于0.6kg，质心测试的精度小于0.5mm，减小了卫星加注的误差，提高了卫星横向质心在地面的确定精度，为变轨段远地点发动机点火时刻卫星横向质心位置的确定提供了直接的依据，利于干扰力矩的控制，可确保安全变轨。

Description

高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法

技术领域

本发明涉及卫星推进技术领域，具体地，涉及一种高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法。

背景技术

卫星变轨段远地点发动机点火过程中，当整星质心不在远地点发动机推力轴线上时，会产生干扰力矩；随着推进剂的消耗，质心确定精度会变差，即误差不断被放大，远地点发动机产生的干扰力矩会随之变大；对于贮箱并联平铺卫星而言，推进剂的不平衡排放会进一步放大横向质心的确定误差。目前，国内研制的高轨卫星在推进剂加注时，将推进剂地面加注设备放置在称重设备上，通过测量地面设备中推进剂的挤出量，来推算卫星加注量和总质量。由于在测量设备的后端，还有卫星、加注管路及其内部的推进剂，因此，无法消除与星体连接的加注管路及其内部的推进剂带来的影响，不仅卫星质量测量误差较大(一般在3kg以上)，卫星横向质心更难以估算，对变轨段卫星帆板展开后横向质心的确定带来一定的风险，不利于干扰力矩的控制。

目前，国内在轨的采用并联平铺贮箱的高轨卫星只有高分四号卫星，在研的多个卫星型号采用贮箱并联平铺布局，但未查阅到贯穿整个推进剂加注阶段的系统方法以保证卫星加注精度的报道或技术。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法。

根据本发明提供的高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法，包括如下步骤：

标定步骤：用标准砝码(1000kg、3000kg、5000kg)标定质心测试台；

安装步骤：将卫星安装在质心测试台上，测量卫星未连接加注管路和外围设备时的质量M₁和质心随后连接加注管路和外围设备，并使推进剂充满加注管路，即推进剂充填至加排阀口，测量卫星连接加注管路和外围设备后的质量M₂和质心

准备步骤：在加注前，通过计算得到质量差ΔM和质心矩之差其中，ΔM＝M₂-M₁，以便后续消除加注管路及管路内部的推进剂对测试结果的影响；

加注步骤：实时监测某种推进剂加注过程中某一时刻的卫星的质量M_i和质心的变化；

测量计算步骤：根据某一时刻卫星质量和质心的实时变化情况，计算出此时刻该种推进剂的加注量，即某一时刻氧化剂M_氧化剂i的加注量或者燃烧剂M_燃烧剂i的加注量，其中：M_氧化剂i＝M_i-M₂，M_燃烧剂i＝M_i-M₂；

两个贮箱内部加注量的差异如下：

或者

式中：分别为不同推进剂贮箱在卫星上的安装位置，下标A表示位置为+X侧、B表示位置为-X侧，下标1表示氧化剂、下标2表示燃烧剂(如图1所示，例如为氧化剂贮箱A1的安装位置)，且

复核步骤：加注完成后，用标准砝码(1000kg、3000kg、5000kg)对质心测试台进行蠕变效应的标定，经标定后，再次测试卫星质量M_复核和质心

优选地，所述安装步骤包括：通过销钉、靠块或刻线对准，使卫星在质心测试台上的安装误差小于等于0.1mm。

优选地，质心测试台的上安装平面与传感器支撑点所在平面平行度小于等于0.05mm，上安装平面的平面度小于等于0.02mm，测试前上安装平面水平度调整至小于等于0.03mm，传感器测量误差小于等于200g；质心测试台的质量测试误差小于等于0.6kg，质心测试误差小于等于0.4mm，7天蠕变效应引起的误差小于等于0.02％。

优选地，所述测量计算步骤包括：

氧化剂加注完成时刻的加注量M_氧化剂和两个贮箱内部加注量的差异ΔM_氧化剂计算公式如下：

M_氧化剂＝M_{氧化剂加注完}-M₂

式中：M_{氧化剂加注完}和分别为氧化剂加注完成时的实测卫星质量和质心；

燃烧剂加注完成时刻的加注量M_燃烧剂和两个贮箱内部加注量的差异ΔM_燃烧剂计算公式如下：

M_燃烧剂＝M_{燃烧剂加注完}-M_{氧化剂加注完}

式中：M_{燃烧剂加注完}和分别为燃烧剂加注完成时的实测卫星质量和质心；

推进剂加注完成时刻的卫星质量M_卫星和质心计算公式如下：

M_卫星＝M_{燃烧剂加注完}-ΔM

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明减小了卫星加注的误差，提高了卫星横向质心在地面的确定精度，具体地，在加注过程中，直接测量卫星质量和质心，加注后，将卫星从质心测试台上卸下，用标准砝码(1000kg、3000kg、5000kg)对质心测试台进行蠕变效应的标定，7天蠕变效应引起的误差小于等于0.02％；经标定后，再次进行卫星质量和质心测试，得到最终的卫星加注量和质量、质心数据，本发明的方法测量数据误差小，为变轨段远地点发动机点火时刻卫星横向质心位置的确定提供了直接的依据，利于干扰力矩的控制，可确保安全变轨。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为贮箱并联平铺典型布局示意图；

图2为加注原理结构示意图；

图中：

1-卫星；

2-上安装平面；

3-质心测试台；

4-加排阀；

5-地面加注设备。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

具体地，如图1、图2所示，有四个推进剂贮箱(两个氧化剂贮箱的位置用A₁和B₁表示、两个燃烧剂贮箱位置用A₂和B₂表示)对称分布在半径为r＝960mm的圆上。其中，氧化剂贮箱A和B分别布局在第一象限和第三象限，燃烧剂贮箱A和B分别布局在第四象限和第二象限；同种推进剂贮箱关于原点对称，不同推进剂贮箱关于轴对称，OA₁与OX的夹角为α＝30°。

本实施例的具体流程如下。

1)标定步骤：测试前，用标准砝码(1000kg、3000kg、5000kg)标定质心测试台。

2)安装步骤：卫星直接安装在质心测试台上，通过4个靠块分别在卫星+X、+Y、-X以及-Y四个象限处靠准上安装平面内侧，并使得安装精度小于等于0.1mm；质心测试台的上安装平面与传感器支撑点所在平面平行度精度小于等于0.05mm，上安装平面的平面度精度小于等于0.02mm，测试前上安装平面水平度调整至精度小于等于0.03mm，传感器测量精度小于等于200g；质心测试台的质量测试的精度小于等于0.6kg，质心测试的精度小于等于0.4mm。测量卫星未连接加注管路和外围设备时的质量M₁和质心随后连接加注管路和外围设备，并使推进剂充满加注管路(即推进剂充填至加排阀口)，测量卫星连接加注管路和外围设备后的质量M₂和质心

3)准备步骤：在加注前，通过计算得到质量差ΔM＝M₂-M₁和质心矩之差以便后续消除加注管路及管路内部的推进剂对测试结果的影响；

4)加注步骤：先加注氧化剂，实时监测氧化剂加注过程中某一时刻的卫星的质量和质心变化，氧化剂加注完成时刻的加注量M_氧化剂和两个贮箱内部加注量的差异

ΔM_氧化剂分别为：

M_氧化剂＝M_{氧化剂加注完}-M₂

式中：M_{氧化剂加注完}和分别为氧化剂加注完成时的实测卫星质量和质心；

若某具体型号规定当差值大于1.5kg时，需对氧化剂加注量进行调整，则通过设置星上阀门的状态，对氧化剂少的贮箱进行单独加注，使氧化剂贮箱的差值小于1.5kg。

随后实施燃烧剂加注，燃烧剂加注完成时刻的加注量M_燃烧剂和两个贮箱内部加注量的差异ΔM_燃烧剂分别为：

M_燃烧剂＝M_{燃烧剂加注完}-M_{氧化剂加注完}

式中：M_{燃烧剂加注完}和分别为燃烧剂加注完成时的实测卫星质量和质心；

若某具体型号规定当差值大于1.5kg时，需对燃烧剂加注量进行调整，则通过设置星上阀门的状态，对燃烧剂少的贮箱进行单独加注，使燃烧剂贮箱的差值小于1.5kg。

推进剂加注完成时刻的卫星质量M_卫星和质心分别为：

M_卫星＝M_{燃烧剂加注完}-ΔM

5)复核步骤：将卫星从质心测试台上卸下，用标准砝码(1000kg、3000kg、5000kg)对质心测试台进行蠕变效应的标定，并再次测量，得到最终卫星质量M_复核和质心

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法，其特征在于，包括如下步骤：

标定步骤：用标准砝码标定质心测试台；

安装步骤：将卫星安装在质心测试台上，测量卫星未连接加注管路和外围设备时的质量M₁和质心随后连接加注管路和外围设备，并使推进剂充满加注管路，即推进剂充填至加排阀口，测量卫星连接加注管路和外围设备后的质量M₂和质心

其中，质心测试台的上安装平面与传感器支撑点所在平面平行度小于等于0.05mm，上安装平面的平面度小于等于0.02mm，测试前上安装平面水平度调整至小于等于0.03mm，传感器测量误差小于等于200g；质心测试台的质量测试误差小于等于0.6kg，质心测试误差小于等于0.4mm；

准备步骤：在加注前，通过计算得到质量差ΔM和质心矩之差其中，ΔM＝M₂-M₁，

加注步骤：实时监测某种推进剂加注过程中某一时刻的卫星的质量M_i和质心的变化；

测量计算步骤：根据某一时刻卫星质量和质心的实时变化情况，计算出此时刻该种推进剂的加注量，即某一时刻氧化剂M_氧化剂i的加注量或者燃烧剂M_燃烧剂i的加注量，其中：M_氧化剂i＝M_i-M₂，M_燃烧剂i＝M_i-M₂；

两个贮箱内部加注量的差异如下：

或者

式中：分别为不同推进剂贮箱在卫星上的安装位置，下标A表示位置为+X侧、B表示位置为-X侧，下标1表示氧化剂、下标2表示燃烧剂，且

复核步骤：加注完成后，用标准砝码对质心测试台进行蠕变效应的标定，经标定后，再次测试卫星质量M_复核和质心

其中，7天蠕变效应引起的误差小于等于0.02％。

2.根据权利要求1所述的高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法，其特征在于，所述安装步骤包括：通过销钉、靠块或刻线对准，使卫星在质心测试台上的安装误差小于等于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的高轨并联平铺贮箱卫星的高精度推进剂加注方法，其特征在于，所述测量计算步骤包括：

氧化剂加注完成时刻的加注量M_氧化剂和两个贮箱内部加注量的差异ΔM_氧化剂计算公式如下：

M_氧化剂＝M_{氧化剂加注完}-M₂

式中：M_{氧化剂加注完}和分别为氧化剂加注完成时的实测卫星质量和质心；

燃烧剂加注完成时刻的加注量M_燃烧剂和两个贮箱内部加注量的差异ΔM_燃烧剂计算公式如下：

M_燃烧剂＝M_{燃烧剂加注完}-M_{氧化剂加注完}

式中：M_{燃烧剂加注完}和分别为燃烧剂加注完成时的实测卫星质量和质心；

推进剂加注完成时刻的卫星质量M_卫星和质心计算公式如下：

M_卫星＝M_{燃烧剂加注完}-ΔM