CN110955221B - 分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法 - Google Patents

分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，采用磁浮控制实验进行磁浮控制验证，对分离式微小卫星在不同在轨工作状态下分别进行试验，其中姿态定向模式是令舱间连接解锁装置断电，星上敏感器、磁浮机构加电开机，验证后令星上敏感器、磁浮机构断电关机，舱间连接解锁装置加电。姿态机动模式是令舱间连接解锁装置加电锁紧，卫星舱间处于连接状态，卫星进入姿态机动过程，令舱间连接解锁装置断电，星上敏感器、磁浮机构开机工作，验证后令星上敏感器、磁浮机构关机，舱间连接解锁装置加电。本发明可覆盖卫星在轨时所有的姿态模式，充分考核卫星在轨时磁浮控制的性能，方法简单可靠，具备良好的工程应用价值。

Description

分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法
技术领域
本发明涉及卫星在轨试验方法，具体地，涉及一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法。
背景技术
遥感卫星是一种以任务为主导的对地观测卫星，可实现对全球重点关键军事地区、灾害发生区域、科学研究区域等的持续观测，可全天时成像，任务响应快，非常适合对地球进行长期快速的访问成像。遥感卫星对指向精度和稳定度都有较高的要求。
现有卫星平台为保证稳定性，需要进行抑振、隔振。分离式微小卫星通过采用磁浮控制技术，将平台舱与载荷舱进行隔离，通过隔断平台舱振动源，载荷舱的指向精度和稳定度都较传统卫星性能更高，可满足遥感、测绘及空间科学类载荷对指向精度和稳定度的高性能需求。
在上述背景下，传统的卫星在轨试验方法都是针对固连式卫星在轨试验，无法满足分离式卫星的在轨试验需求，为了高效可靠地在轨验证分离式卫星的磁浮控制性能，需要研发一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验。
与本申请相关的现有技术是专利文献CN 104571097A，公开了一种卫星控制系统在轨闭环验证系统，适用于卫星控制系统新技术及产品的在轨验证，通过在控制计算机中运行卫星动力学运动学计算模块、执行机构控制力或力矩计算模块及敏感器测量值计算模块，来构造新技术或产品应用于卫星控制系统的闭环工作条件，使用可以在缺少执行机构、敏感器甚至是被控对象的条件下，仍可达到对卫星控制系统的新技术和产品进行在轨实时闭环验证的目的。
专利文献CN107168349A，公开了一种基于磁浮力器的高精度大带宽无动量轮的卫星控制系统，其包括解锁锁紧装置、姿态指令发生器、静舱姿态传感器、静舱姿态控制器、磁浮力器执行机构、动舱相对位置传感器、解耦控制装置、动舱相对位置控制器、动舱相对姿态控制器、动舱执行机构。由于采用磁浮力器将卫星平台分离成动舱和静舱两部分，并对两舱采用了不同的控制执行机构，可以解决动静分离式卫星平台的高精度姿态稳定控制问题，同时由于无需使用动量轮，可大幅降低控制系统的成本，提高系统寿命和可靠性。
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分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法。
根据本发明提供的一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，采用磁浮控制试验进行磁浮控制验证，对分离式微小卫星在不同在轨工作状态下分别进行，所述试验包括姿态定向模式试验和/或姿态机动模式试验。
优选地，所述姿态定向模式试验是令舱间连接解锁装置断电，星上敏感器、磁浮机构加电开机，开展磁浮控制验证，验证后令星上敏感器、磁浮机构断电关机，舱间连接解锁装置加电。
优选地，所述姿态机动模式试验是令舱间连接解锁装置加电锁紧，卫星舱间处于连接状态，卫星进入姿态机动过程，令舱间连接解锁装置断电，星上敏感器、磁浮机构开机工作，开展磁浮控制验证，验证后令星上敏感器、磁浮机构关机，舱间连接解锁装置加电。
优选地，所述姿态定向模式试验中，在卫星进入测控弧段区间时，地面上注遥控指令，令舱间连接解锁装置断电，使得卫星处于舱间解锁状态，令星上敏感器和磁浮机构加电工作，舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展磁浮控制算法验证，此时卫星的第一舱段的姿轨控运行于三轴稳定定向模式，整星处于三轴姿态角和角速度稳定状态，卫星的第二舱段开展磁浮控制验证。
优选地，所述磁浮控制验证后，地面上注遥控指令，令舱间磁浮机构断电关机，令星上敏感器断电关机，舱间连接解锁装置加电处于锁紧状态。
优选地，所述姿态机动模式试验中，在卫星进入测控弧段区间时，地面上注遥控指令，令舱间连接解锁装置加电，使得卫星处于连接状态，卫星开始姿态机动；之后地面上注遥控指令，令舱间连接解锁装置断电，使得卫星处于解锁状态，令星上敏感器、磁浮机构加电工作，舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展控制算法验证试验，此时卫星的第一舱段的姿轨控运行于三轴稳定定向模式，整星处于三轴姿态角和角速度稳定状态，卫星的第二舱段开展磁浮控制验证。
优选地，所述磁浮控制验证后，地面上注遥控指令，令星上敏感器、磁浮机构断电关机，令卫星舱间连接解锁装置加电处于锁紧状态直至卫星姿态机动完成。
优选地，通过对舱间连接解锁装置执行加电/断电操作完成分离式卫星舱间连接/分离状态切换。在进入测控弧段，令舱间连接解锁装置执行加电，执行磁浮控制验证，令舱间连接解锁装置执行断电，使得两舱锁紧，实时遥测切组合模式，直至卫星出境。
优选地，所述磁浮控制验证是通过地面口令发送上注磁浮控制参数包，进行磁浮控制算法验证。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的测试方法通过地面遥控控制卫星舱间连接解锁装置加断电，实现卫星两舱连接和解锁状态，配合舱间磁浮机构在轨开展磁浮控制试验，试验方法简单易行、安全可靠；本发明通过地面控制卫星姿态定向或姿态机动状态，可覆盖卫星在轨时所有的姿态模式，充分考核卫星在轨时磁浮控制的性能。本发明提供了一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，原理清晰，易于实现，具备良好的工程应用价值。
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为本发明的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法示意图；
图2为本发明的姿态定向模式下磁浮控制在轨试验流程示意图；
图3为本发明的姿态机动模式下磁浮控制在轨试验流程示意图；
图4为本发明的舱间连接-解锁装置在轨加断电试验流程示意图。
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。
提供本发明提供的一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，具体地是一种分离式微小卫星在不同工作状态下的磁浮控制在轨试验方法，包括姿态定向模式中的磁浮控制试验、姿态机动过程中的磁浮控制试验。本发明的方法可覆盖卫星在轨时所有的姿态模式，充分考核卫星在轨时磁浮控制的性能，方法高效可行，具备良好的工程应用价值。
所述的姿态定向模式中的磁浮控制试验，在卫星姿态定向稳定模式下，舱间连接-解锁装置断电解锁；随后，星上敏感器、磁浮机构加电开机工作；舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展磁浮控制算法验证；最后，在控制算法验证完成后，舱间磁浮机构断电关机，星上敏感器断电关机，舱间连接-解锁装置加电处于锁紧状态。
所述的姿态机动过程中磁浮控制试验，卫星舱间连接-解锁装置加电，卫星舱间处于连接状态，卫星开始姿态机动；随后，卫星舱间连接-解锁装置断电，两舱处于解锁状态，星上敏感器、磁浮机构加电工作；舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展控制算法验证试验；最后，在控制算法验证完成后，星上敏感器、磁浮机构断电关机，卫星舱间连接-解锁装置加电处于锁紧状态。
如图1所示，分离式微小卫星不同在轨工作状态下的磁浮控制试验方法，包括：姿态定向模式中的磁浮控制试验、姿态机动过程中的磁浮控制试验。
所述的姿态定向模式中的磁浮控制试验，在卫星姿态定向稳定模式下，舱间连接-解锁装置断电解锁；随后，星上敏感器、磁浮机构加电开机工作；舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展磁浮控制算法验证；最后，在控制算法验证完成后，舱间磁浮机构断电关机，星上敏感器断电关机，舱间连接-解锁装置加电处于锁紧状态，如图2所示。
所述的姿态机动过程中磁浮控制试验，卫星舱间连接-解锁装置加电，卫星舱间处于连接状态，卫星开始姿态机动；随后，卫星舱间连接-解锁装置断电，两舱处于解锁状态，星上敏感器、磁浮机构加电工作；舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展控制算法验证试验；最后，在控制算法验证完成后，星上敏感器、磁浮机构断电关机，卫星舱间连接-解锁装置加电处于锁紧状态，如图3所示。
所述的舱间连接-解锁装置，通过对其执行加电/断电操作可以完成分离式卫星舱间连接/分离状态切换，如图4所示。
在具体实施过程中，姿态定向模式下卫星磁浮控制在轨试验如下：
在卫星进入测控弧段区间时，地面上注遥控指令舱间连接-解锁装置断电，卫星处于舱间解锁状态，地面上注遥控指令使星上敏感器、磁浮机构加电工作。地面上注遥控指令，舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展磁浮控制算法验证。此时卫星舱段1姿轨控运行于三轴稳定定向模式，整星处于三轴姿态角和角速度稳定状态，舱段2开展磁浮控制试验。在控制算法验证完成后，地面上注遥控指令，舱间磁浮机构断电关机，星上敏感器断电关机，舱间连接-解锁装置加电处于锁紧状态。具体实施案例如表1所示。
表1 姿态定向模式下卫星磁浮控制在轨试验方法实施案例
Figure BDA0002257927170000051
在姿态定向模式下，当卫星入境是记录开始时刻，设定为T0时刻，在T0+2S时刻开启地面站进行轨道测量，S表示秒；在T0+4S时刻，通过地面自动发送的执行方式，根据延时遥测记录准禁标志，判定是否执行遥测停止记录；在T0+6S时刻，通过地面自动发送的执行方式，执行遥测下传方式字，进行遥测切组合回放；在T0+8S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行两舱连接-释放装置供电遥测，关闭两舱连接- 释放装置供电；在T0+10S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行星上敏感器供电遥测，开启星上敏感器供电；在T0+12S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行磁浮机构供电遥测，开启磁浮机构供电；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，进行注数包计数遥测，上注磁浮控制参数包；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，进行磁浮控制模式字，进磁浮控制算法验证流程；在T1时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行磁浮机构供电遥测，关闭磁浮机构供电；在T1+2S 时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行星上敏感器供电遥测，关闭星上敏感器供电；在T1+4S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行两舱连接-释放装置供电遥测，开启两舱连接-释放装置供电；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，根据延时遥测记录准禁标志，进入遥测切记录模式；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，根据遥测下传方式字，进入遥测切实时模式，直至卫星出境。
在具体实施过程中，姿态机动模式下卫星磁浮控制在轨试验如下：
在卫星进入测控弧段区间时，地面上注遥控指令舱间连接-解锁装置加电，卫星处于连接状态。地面上注遥控指令，卫星开始姿态机动；随后，地面上注遥控指令舱间连接-解锁装置断电，卫星处于解锁状态，同时地面上注指令使星上敏感器、磁浮机构加电工作。地面上注遥控指令，舱间磁浮机构依据控制算法执行动作，配合星上敏感器测量，开展控制算法验证试验。此时卫星舱段1姿轨控运行于三轴稳定定向模式，整星处于三轴姿态角和角速度稳定状态，舱段2开展磁浮控制试验。在控制算法验证完成后，地面上注遥控指令，星上敏感器、磁浮机构断电关机，卫星舱间连接-解锁装置加电处于锁紧状态直至卫星姿态机动完成。具体实施案例如表2所示。
表2 姿态机动模式下卫星磁浮控制在轨试验方法实施案例
Figure BDA0002257927170000061
Figure BDA0002257927170000071
在姿态机动模式下，当卫星入境是记录开始时刻，设定为T0时刻，在T0+2S时刻，开启地面站进行轨道测量，S表示秒；在T0+4S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，根据延时遥测记录准禁标志，进行遥测停止记录；在T0+6S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，根据遥测下传方式字，进行遥测切组合回放；在T0+8S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，进行两舱连接-释放装置供电遥测，开启两舱连接-释放装置供电；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，通过注数包计数遥测，执行上注姿态机动参数包；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，通过卫星工作模式字，进入姿态机动状态；在T1时刻，通过地面听口令发送的执行方式，执行星上敏感器供电遥测，开启星上敏感器供电；在T1+2S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，执行磁浮机构供电遥测，开启磁浮机构供电；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，执行注数包计数遥测，上注磁浮控制参数包；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，执行磁浮控制模式字，进入磁浮控制算法验证流程；在T2时刻，通过地面听口令发送的执行方式，执行磁浮机构供电遥测，关闭磁浮机构供电；在T2+2S时刻，通过地面听口令发送的执行方式，执行星上敏感器供电遥测，关闭星上敏感器供电；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，执行注数包计数遥测，上注姿态机动参数包；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，通过卫星工作模式字，进入姿态机动状态；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，通过延时遥测记录准禁标志，进入遥测切记录模式；根据试验需要，通过地面听口令发送的执行方式，通过遥测下传方式字，进入遥测切实时模式，直至卫星出境。
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 (8)

1.一种分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，采用磁浮控制试验进行磁浮控制验证，对分离式微小卫星在不同在轨工作状态下分别进行，所述磁浮控制试验包括姿态定向模式试验和/或姿态机动模式试验；
所述姿态定向模式试验是令舱间连接解锁装置断电，星上敏感器、磁浮机构加电开机，开展磁浮控制验证，验证后令星上敏感器、磁浮机构断电关机，舱间连接解锁装置加电；
所述姿态定向模式试验中，在卫星进入测控弧段区间时，地面上注遥控指令，令舱间连接解锁装置断电，使得卫星处于舱间解锁状态，令星上敏感器和磁浮机构加电工作，舱间磁浮机构依据控制执行动作，配合星上敏感器测量，开展磁浮控制验证，此时卫星的第一舱段的姿轨控运行于三轴稳定定向模式，整星处于三轴姿态角和角速度稳定状态，卫星的第二舱段开展磁浮控制验证。
2.根据权利要求1所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，所述姿态机动模式试验是令舱间连接解锁装置加电锁紧，卫星舱间处于连接状态，卫星进入姿态机动过程，令舱间连接解锁装置断电，星上敏感器、磁浮机构开机工作，开展磁浮控制验证，验证后令星上敏感器、磁浮机构关机，舱间连接解锁装置加电。
3.根据权利要求1所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，所述磁浮控制验证后，地面上注遥控指令，令舱间磁浮机构断电关机，令星上敏感器断电关机，舱间连接解锁装置加电处于锁紧状态。
4.根据权利要求2所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，所述姿态机动模式试验中，在卫星进入测控弧段区间时，地面上注遥控指令，令舱间连接解锁装置加电，使得卫星处于连接状态，卫星开始姿态机动；之后地面上注遥控指令，令舱间连接解锁装置断电，使得卫星处于解锁状态，令星上敏感器、磁浮机构加电工作，舱间磁浮机构依据控制执行动作，配合星上敏感器测量，开展控制验证试验，此时卫星的第一舱段的姿轨控运行于三轴稳定定向模式，整星处于三轴姿态角和角速度稳定状态，卫星的第二舱段开展磁浮控制验证。
5.根据权利要求2所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，所述磁浮控制验证后，地面上注遥控指令，令星上敏感器、磁浮机构断电关机，令卫星舱间连接解锁装置加电处于锁紧状态直至卫星姿态机动完成。
6.根据权利要求1或2所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，通过对舱间连接解锁装置执行加电/断电操作，完成分离式卫星舱间连接/分离状态切换。
7.根据权利要求6所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，在卫星进入测控弧段，令舱间连接解锁装置执行加电，执行磁浮控制验证，令舱间连接解锁装置执行断电，使得两舱锁紧，实时遥测切组合模式，直至卫星出境。
8.根据权利要求1所述的分离式微小卫星的磁浮控制在轨试验方法，其特征在于，所述磁浮控制验证是通过地面口令发送上注磁浮控制参数包，进行磁浮控制验证。
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