DE3214376A1

DE3214376A1 - Device for orientation control of a satellite

Info

Publication number: DE3214376A1
Application number: DE19823214376
Authority: DE
Inventors: Toru Kanagawa Okanuma; Christian Dipl.-Ing. 8000 München Roche
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-10-27
Also published as: JPS58183393A

Abstract

A device for orientation control of a satellite (10) is specified which is used to reduce orientation errors which are unavoidable after orbit corrections. There is a thrust nozzle device (6, 7) for producing spin, in addition to the thrust nozzle device (8, 9) which is used for orbit control. Said thrust nozzle device (6, 7) is activated when the orbit control is completed. In order to manage with only one earth sensor (4) the thrust nozzle device (6, 7) for producing spin is rotated [lacuna] displacement angle ( alpha ) in a plane corresponding to the plane consisting of the roll and yaw axes (1, 3). In the event of orientation errors, the earth sensor (4) can emit a signal both for activation of the thrust nozzles (6, 7) for producing spin as well as to a flywheel (5). A spin is produced whose one component in the direction of the roll axis (1) reduces nutations and one component in the direction of the yaw axis (3) reduces changes in the vector of the angular moment of the flywheel (5). In addition, the roll-yaw conversion phenomenon during gyro stabilisations is used to reduce orientation errors. <IMAGE>

Description

Einrichtung für die Lageregelung eines Satelliten Device for the attitude control of a satellite

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Lageregelung eines Satelliten, insbesondere eines dreiachsenstabilisierten Satelliten mit einem Lagewinkelfehlerdetektor mit einem Drallrad, mit einer ersten Schubdüseneinrichtung für die Bahnregelung und mit einer zweiten Schubdüseneinrichtung für die Erzeugung eines Dralls in einer vorbestimmten Ebene der Achsen des Satelliten.The invention relates to a device for the position control of a Satellite, in particular a three-axis stabilized satellite with an attitude angle error detector with a swirl wheel, with a first thrust nozzle device for the path control and with a second thrust nozzle device for generating a swirl in one predetermined plane of the axes of the satellite.

In der Phase der Bahnverstellungen eines Satelliten treten Fehler in der Lage sowohl um Roll-, Nick- und Gierachse auf, welche von einem Detektor festgestellt werden, der zur Beseitigung des Fehlers, Schubdüsen zur Erzeugung eines Dralls um die Roll-, Nick- und Gierachse aktiviert.Errors occur during the orbit adjustment phase of a satellite capable of both roll, pitch and yaw axes based on one detector to be determined to eliminate the error, thrusters to generate a Twist around the roll, pitch and yaw axes activated.

Während für die Feststellung des Lagefehlers um die Roll-und Mickachse optische Sensoren, z.B. Erdsensoren günstig eingesetzt werden können, ist für die Feststellung eines Fehlers um die Gierachse ein komplizierter und aufwendiger Sensor notwendig, wie z.3. ein Kreisel oder ein Sternensensor.While for the determination of the positional error around the roll and Mick axis Optical sensors, e.g. earth sensors, can be used cheaply, is for the Detection of an error around the yaw axis is a complicated and expensive sensor necessary, such as 3. a gyro or a star sensor.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten .rt anzugeben, mit der Lagefehler des Satelliten lediglich mit Sonnen- oder Erdsensoren festgestellt und auf einfache Art und Weise beseitigt werden können.The object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the beginning .rt to be specified, with the position error of the satellite only with sun or earth sensors can be identified and eliminated in a simple manner.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, claß die infolge von Aktivierungen der Schubdüseneinrichtung für die Bahnregelung auftretenden Lagefehler mittels Lagewinkelfehlerdetektor bestimmbar sind und die Schubdüseneinrichtung für Drallerzeugung aktivierbar ist, nach dem die Schubdüseneinrichtung für die Bahnregelung inaXctiv geschaltet worden ist, und daß durch die Schubdüseneinrichtung für die Drallerzeugung Lagefehler um alle drei Achsen des Satelliten abbaubar sind, wobei diese Schubdüseneinrichtung in einer Fbene angebracht sind, die der von Roll- und Gierachse des Satelliten entspricht und in dieser Ebene um einen Versetzungswinkel gedreht ist.This problem is solved by the fact that the result of activations the thrust nozzle device for the path control occurring position errors by means of the position angle error detector can be determined and the thrust nozzle device can be activated for swirl generation, after which the thrust nozzle device for the path control has been switched to inaXctiv is, and that positional errors are caused by the thrust nozzle device for generating the swirl all three axes of the satellite are degradable, this thruster device are mounted in a plane corresponding to the roll and yaw axes of the satellite and is rotated in this plane by an offset angle.

Durch diese einfache, mit wenigen Bauteilen auskommende Einrichtung wird es möglich, den bei Bahnverstellungen eines Satelliten auftretenden Lagefehlern zu begegnen, wobei lediglich billige aber zuverlässige Sensoren verwendet werden nüssen. Damit können ganz erheblich Kosten eingespart werden, nan erhält einen höheren Freiheitsgrad in der Funktion des Satelliten, da auf die Placierung eines Sternsensors keine Rücksicht genommen werden muß.Thanks to this simple device that requires only a few components it becomes possible for the position errors that occur when a satellite is adjusted to counteract, with only cheap but reliable sensors are used nuts. This saves a lot of costs, and nan receives a higher one Degree of freedom in the function of the satellite, due to the placement of a star sensor no consideration has to be taken.

Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert. Us zeigen Fig. 1 einen dreiachsenstabilisierten Satelliten in seiner Umflaufbahn; Fig. 2 die Anordnung der erfindungswesentlichen Schubdüsen; Fig. 3 ein Diagram der Erfindung.The invention is explained in more detail with reference to the figures. Us show Fig. 1, a three-axis stabilized satellite in orbit; Fig. 2 shows the arrangement the thrust nozzles essential to the invention; Fig. 3 is a diagram of the invention.

In der rig. 1 ist ein Satellit 10 dargestellt, bei den: mit 1 die Rollachse, mit 2 die Nickachse und mit 3 die Gierachse bezeichnet ist. Mit 4 ist ein Lagewinkelfehlerdetektor bezeichnet, der als Erdsensor eingesetzt ist, mit 5 ein Drallrad dessen Drehachse parallel zur Nickachse 2 läuft, mit 6, 7 ist eine Schubdüseneinrichtung für Drallerzeugung bezeichnet und mit 8, 9 eine Schubdüseneinrichtung für die Bahnregelung. Mit 11 ist die Erde bezeichnet.In the rig. 1 shows a satellite 10 in which: with 1 the Roll axis, with 2 the pitch axis and 3 with the yaw axis is designated. With 4 is a position angle error detector, which is used as an earth sensor, is denoted by 5 a spin wheel whose axis of rotation runs parallel to the pitch axis 2, with 6, 7 is one Designated thrust nozzle device for swirl generation and with 8, 9 a thrust nozzle device for path control. The earth is designated with 11.

Gemäß Fig. 2 ist die Schubdüseneinrichtung für Drallerzeugung 6, 7 in einem Versetzungswinkel α am Satellit 10 befestigt, wobei der Satellitenkörper 10 in Richtung der Nickachse 2 dargestellt ist. In Fig. 3 ist ein Blockdiagram der Teile dargestellt, welche für die Lageregelung während einer Bahnverstellung durch die Schubdüsen 3, 9 benötigt werden.According to FIG. 2, the thrust nozzle device for swirl generation is 6, 7 attached to the satellite 10 at an offset angle α, the satellite body 10 is shown in the direction of the pitch axis 2. In Fig. 3 is a block diagram of the Parts shown, which are used for position control during a path adjustment the thrust nozzles 3, 9 are required.

12 ist ein Regelkreis für die Auslösung der Schubdüseneinrichtung 6, 7 und 13 ist ein Regelkreis für die Drehzahl des Drallrades 5.12 is a control loop for triggering the thruster device 6, 7 and 13 is a control loop for the speed of the twist wheel 5.

Der Drallsektor, welcher durch die Schubdüseneinrichtung für Drallerzeugung 6, 7 erzeugt wird, liegt in einer Ebene, welche durch die Rollachse 1 und die Gierachse 3 beschrieben wird und beschreibt einen Versetzungswinkel α, , bezogen auf die Rollachse 1 und negative Richtung der Gierachse 3.The swirl sector, which is created by the thrust nozzle device for swirl generation 6, 7 is generated, lies in a plane which passes through the roll axis 1 and the yaw axis 3 is described and describes an offset angle α,, based on the roll axis 1 and negative direction of the yaw axis 3.

Das Drallrad dreht sich mit konstanter Geswindigkeit und erzeugt ein Winkelmoment, mit dem eine Kreiselsteifheit für die Dreiachsenstabilisierung des Satellitenkörpers 10 erzielt wird.The impeller rotates at a constant speed and generates a Angular moment with which a gyroscopic stiffness for the three-axis stabilization of the Satellite body 10 is achieved.

Mit der Vornahme von Bahnverstellungen durch die Schubdüseneinrichtung 8, 9 wird ein störender Drall auf den Satelliten 10, z.B. dadurch erzeugt, daß ein unvermeldbarer Montajefehler der Schubdüseneinrichtung 8, 9 vorhanden ist, mit 1er Folie, daß der Satellit 10 ein Nutationsmoment erleidet, ds die Richtung des Vektors des Winkelmomentes, welches vom Drallrad 5 erzeugt wird, vermindert wird.With the making of path adjustments by the thrust nozzle device 8, 9 a disturbing twist is generated on the satellite 10, e.g. by the fact that a unreportable montage error the thrust nozzle device 8, 9 present is, with 1 film, that the satellite 10 suffers a moment of nutation, ds the direction of the vector of the angular moment generated by the momentum wheel 5 is reduced will.

Um ein solches Nutationsmoment und die Momentenänderung zu unterdrÜcken, wird der Rollfehler, welcher durch den Lagewinkelfehlerdetektor 4 als Erdsensor gemessen wird, als Eingangssignal auf den Regelkreis 12 für die Auslösung der Schubdüseneinrichtung 6, 7 aufgeschaltet. Die Schubdüseneinrichtung 6, 7 für die Drallerzeugung erzeugen einen Drall, welcher sich aufteilt in eine Komponente in Richtung der Rollachse, wodurch das Nutationsmoment abgebaut wird und eine Komponente in die Richtung der Gierachse, wodurch die Änderungen des Vektors des Winkelmomentes des Drallrades 5 gemindert werden.To suppress such a nutation moment and the change in moment, is the roll error, which is determined by the position angle error detector 4 as an earth sensor is measured, as an input signal to the control circuit 12 for triggering the thrust nozzle device 6, 7 activated. Generate the thrust nozzle device 6, 7 for generating the swirl a twist, which is divided into a component in the direction of the roll axis, whereby the nutation moment is reduced and a component in the direction of the Yaw axis, whereby the changes in the vector of the angular momentum of the momentum wheel 5 can be reduced.

Nach Beendigung der Bahnregelung mittels der Schubdüseneinrichtung 8, o werden verbleibende Roll- und Gierfehler durch Roll-Gier-Konversion entsprechend der Bahnbewegung Satelliten beseitigt. Die Roll-Gier-Konversion ist ein Phänomen, welches sich dadurch auszeichnet, daß ein Anteil des Vektors des Winkelmomentes, welches in Richtung der Gierachse erzeugt wird, als Anteil in der Richtung der Rollachse erscheint, nachdem der Satellit ein Viertel seiner Bahnbewegung um die Erde vollzogen hat. Da der Rollfehler durch den Erdsesensor gemessen werden kann, kann der Rollfehler durch Aktivierung der Schubdüseneinrichtung 6, 7 beseitigt werden.After completing the path control by means of the thrust nozzle device 8, o remaining roll and yaw errors are correspondingly due to roll-to-yaw conversion the orbital movement of satellites eliminated. The roll-greed conversion is a phenomenon which is characterized by the fact that a portion of the vector of the angular moment, which is generated in the direction of the yaw axis, as a proportion in the direction of the roll axis appears after the satellite has completed a quarter of its orbit around the earth Has. Since the roll error can be measured by the earth sensor, the roll error can can be eliminated by activating the thrust nozzle device 6, 7.

Entsprechend folgt, daß Roll- und Gierfehler dadurch nane-ZU beseitigt werden 'cönnen, daß der Satellit ein Viertel seines Bahnverlaufes velle Fahrt hat.Correspondingly, it follows that roll and yaw errors are eliminated by nane-ZU It will be possible for the satellite to have a good speed for a quarter of its orbit.

Da auch der Nickfehler durch den Erdsensor gemessen werden kann, kann dieser während und nach der Bahnverstellung durch Aktivieren von Zusatzschüben, welche einen Drall um die Nickachse erzeugen und durch den Drall, den das Orallrad erzeugt, beseitigt werden.Since the pitch error can also be measured by the earth sensor, this during and after the path adjustment by activating additional thrusts, which generate a twist around the pitch axis and through the twist created by the oral wheel generated, eliminated.

Aus vorstehender Beschreibung wird klar, daß Lagewinkelfehlerdetektor, wie etwa radsensoren für das Wessen von Roll- und Nickfehlern und in einem Winkel zueinander versetzte Schubdüseneinrichtung die Lage eines dreiachsenstabilisierten Satelliten, welcher mit einen Speicherdrallrad ausgerüstet ist, während der Bahnverstellungen benutzt werden können, ohne daß eine gesonderte Vorrichtung für das Wessen des Gierfehlers notwendig ist.From the above description it is clear that the position angle error detector, such as wheel sensors for measuring roll and pitch errors and at an angle staggered thrust nozzle device the position of a three-axis stabilized Satellite, which is equipped with a storage twist wheel, during the orbit adjustments can be used without a separate device for the essence of the yaw defect necessary is.

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Claims

Device for the attitude control of a satellite P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Device for the attitude control of a satellite during orbit corrections, in particular a three-axis stabilized satellite, with a L agewinkelfe hlerdetektcr, with a twist wheel, with a thrust nozzle device for the path control and with a thrust nozzle device for generating a twist in a pre-determined Plane of the axes of the satellite, indicated by the fact that the as a result of activations of the thrust nozzle device (8, 9) for the path control occurring position errors can be determined by means of the position angle error detector (4) and the thrust nozzle device (6, 7) can be activated for swirl generation, after which the Thrust nozzle device (8, 9) for the web regulation; switched to inactive has been, and that by the thrust nozzle device (6, 7) for the swirl generation Positional errors around all three axes of the satellite can be eliminated, this thrust nozzle device (6, 7) are attached in a plane that corresponds to that of Roll- and Gieraclase (1, 3) of the Satellite corresponds and in this. Plane rotated by an offset angle (o) is.

2. Furnishing according to claim 1, characterized in that g e T <e n n -z e i c h n e t that to reduce a nutation moment occurring during the path adjustment and the change in the vector of the angular momentum of the momentum wheel (5) from the position angle error detector (L) a signal can be generated and at the same time a control circuit (12) for the .Nuslösung the thrust nozzle device (6, 7) for generating the swirl and a control circuit (13) for the speed control of the twist wheel (5) can be supplied, whereby the thrust nozzle device 3 (6, 7) and the impeller (5) can be activated.