JPH01500308A - How to control the attitude of a rotating body in orbit - Google Patents

How to control the attitude of a rotating body in orbit

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JPH01500308A
JPH01500308A JP62503667A JP50366787A JPH01500308A JP H01500308 A JPH01500308 A JP H01500308A JP 62503667 A JP62503667 A JP 62503667A JP 50366787 A JP50366787 A JP 50366787A JP H01500308 A JPH01500308 A JP H01500308A
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orbital
orbit
axis
rotation
rotational
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JP62503667A
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マツクルンテイレ,ジヨン・イー
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ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー
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    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
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    • B64G1/244Spacecraft control systems

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 軌道上の回転体の姿勢の制御方法 本発明は回転する軌道体の回転軸安定化に関するものであり、特に能動安定化メ カニズムに依存せずに回転体を安定化する方法に関するものである。[Detailed description of the invention] How to control the attitude of a rotating body in orbit The present invention relates to stabilizing the rotation axis of a rotating orbital body, and in particular to an active stabilization mechanism. The present invention relates to a method for stabilizing a rotating body without relying on mechanisms.

2、関連技術の説明 人工衛星のような軌道体の方向を安定させる試みの既知の方法において、様々な 能動手段が一般に用いられる。これらの手段の最も一般的なものは、安定した姿 勢方向を維持するボディの回転軸の所望された才差運動を生じるため目標体質量 および形状と相互作用する姿勢制御モーメントを生じるためにある形態の質量排 出を用いるスラスタの使用である。2. Explanation of related technology In known methods of attempting to stabilize the orientation of orbiting bodies such as artificial satellites, various Active means are commonly used. The most common of these means is stable figure target body mass to produce the desired precession of the axis of rotation of the body that maintains the direction of rotation. and some form of mass displacement to produce attitude control moments that interact with the geometry. This is the use of thrusters that utilize power.

従来技術において見出だされたもう1つの安定化方法は軌道体の回転軸の才差運 動させるための制御トルクを生じるように地球の磁界と反応する磁気モーメント を生じるため電気エネルギまたは磁界を用いることである。Another stabilization method found in the prior art is the precession of the rotating axis of the orbital body. a magnetic moment that reacts with the Earth's magnetic field to produce a control torque for movement The use of electrical energy or magnetic fields to produce

従って、所望されたトルクモーメントを発生し維持するため、これらの既知の従 来の方法は、その所望される任務のため軌道上のボディの有効なペイロードおよ び効率を減らすような付加的な複雑性、重量およびエネルギ消費を必要とする。Therefore, in order to generate and maintain the desired torque moment, these known followers are The current method is to determine the effective payload and Requires additional complexity, weight and energy consumption which reduces performance and efficiency.

これら既知の従来技術の方法は比較的短い寿命の軌道上のボディと任務について は十分であるが、重量、複雑性およびエネルギ消費の必然的な交換処分が可能な 場合、地球軌道上の宇宙ステーションのような永久軌道体を確立することのこの ゴールは、ペイロード重量について、および重量、複雑性およびエネルギ消費の 減少されたレベルでの動作の大きな信頼性を生じる新しい安定化方法およびシス テムを必要とする全てのシステム効率に独特の要求を与える。These known prior art methods are useful for relatively short-lived orbital bodies and missions. is sufficient, but with the inevitable trade-off in weight, complexity and energy consumption. This case of establishing a permanent orbital body like a space station in Earth orbit The goal is to reduce payload weight and reduce weight, complexity and energy consumption. New stabilization methods and systems yield greater reliability of operation at reduced levels. All systems that require this system place unique demands on efficiency.

従って、これらの既知の方法はそれぞれ多くの欠点を有するが、それらの欠点は 本発明の実施において克服される。特に、ボディの所望された方向づけがスラス タまたは質量排出を用いずに発生され、従って軌道体において姿勢制御燃料また は推進薬を運ぶ必要性を取除く。ボディの所望された方向づけはまた電気工、ネ ルギの消費またはある種の磁界の発達を伴わずに生成され、従って軌道体のエネ ルギ必要条件を非常に減少する。ボディの所望された方向づけは制御システムエ ラー信号を発生する姿勢感知装置を必要とせずに発生され、従って費用は減少さ れ信頼性は改善される。最終的に、本発明の方法において実施されたシステム設 計および形態の結果として、回転体の所望された姿勢は受動的に維持され、回転 体の赤道面から太陽角の最大エクスカーションはソーラーアレイ効果のため適切 に小さく維持される。Therefore, each of these known methods has a number of drawbacks, which are This is overcome in the practice of the present invention. In particular, the desired orientation of the body is smooth is generated without the use of fuel or mass evacuation, and therefore the attitude control fuel or eliminates the need to carry propellant. The desired orientation of the body can also be determined by the electrician, generated without the consumption of energy or the development of some kind of magnetic field, and thus the energy of the orbital body. Greatly reduces Rugi requirements. The desired orientation of the body is determined by the control system error signals are generated without the need for attitude sensing equipment, thus reducing costs. reliability is improved. Finally, the system configuration implemented in the method of the present invention As a result of the geometry and configuration, the desired attitude of the rotating body is passively maintained and the rotation The maximum excursion of solar angle from the equatorial plane of the body is appropriate due to the solar array effect. is kept small.

発明の概要 本発明は、減少された重量、複雑性およびエネルギ消費の前述の必要性を満足す るように設定された固定された方向において回転体を受動的に安定化するための 方法を提供する。Summary of the invention The present invention satisfies the aforementioned need for reduced weight, complexity and energy consumption. for passively stabilizing a rotating body in a fixed direction set to provide a method.

本発明は、宇宙船ボディの質量形状、回転速度、方向および規定された形の軌道 を選択する独特の方法を実施する。この軌道は赤道上である必要も、あるいは軌 道面に対して垂直な姿勢方向である必要もない。更に、本発明の方法は回転体の 所望された姿勢の受動的持続を許容し、回転体の赤道面からの太陽角の最大エク スカーションがソーラーアレイ効果またはアンテナ利得について適切に小さく維 持される。The invention relates to the mass shape, rotational speed, direction and defined shape of the trajectory of the spacecraft body. Implement a unique method of selecting. This orbit does not need to be on the equator or It is not necessary that the attitude direction be perpendicular to the road surface. Furthermore, the method of the present invention Allows passive persistence of the desired attitude and maximizes the solar angle excursion from the equatorial plane of the rotating body. The scarsion remains appropriately small for solar array effects or antenna gain. held.

従って、本発明はその軌道パラメータとして軌道傾斜i5軌道速度Ω0およびノ ードγの軌道線の逆行速度を有する回転軌道体の姿勢を受動的に安定化するため の方法に関連し、そのためボディの回転軸方向角φ0は、ボディの軌道が才差運 動しているときでさえもボディの軌道面に関して本質的に固定され安定したまま である。軸方向φ0は北極および軌道法線によって形成された平面における北極 からの回転軸の角度である。Therefore, the present invention uses orbital inclination i5 orbital velocity Ω0 and node as its orbital parameters. To passively stabilize the attitude of a rotating orbital body with a retrograde velocity of the orbit line of mode γ. The rotational axis direction angle φ0 of the body is related to the method of remains essentially fixed and stable with respect to the body's orbital plane even when in motion It is. The axial direction φ0 is the north pole in the plane formed by the north pole and the orbit normal. is the angle of the axis of rotation from .

この方法はボディの横の慣性に対するボディの回転の慣性の比よって定められた ボディのための質量形状σを選択し、ボディのための回転方向角度φ0が以下の 関係式の平衡解であるようにボディのための回転速度Ωを選択することを含む。This method was determined by the ratio of the body's rotational inertia to the body's lateral inertia. Select the mass shape σ for the body and make sure that the rotation direction angle φ0 for the body is It involves choosing the rotational speed Ω for the body to be an equilibrium solution of the relation.

φo =arc tan (Zo / yo ) + i−π/2式中、xyz 軌道座標系は軌道垂直軸に沿った2および上昇ノードでXを有し、以下の関係が 保つ。φo = arc tan (Zo / yo) + i-π/2 where xyz The orbital coordinate system has 2 along the orbital vertical axis and X at the ascending node, and the following relationship is keep.

xO閣O yo = (z□ sin i) / (cos i−k z)zoはフォーテ ィック(quartic )の解である。xOkakuO yo = (z□ sin i) / (cos i-k z) zo is forte This is a quartic solution.

に2z04−2kcos i ZO3 + (1−に2)zo2 十2kcos i Z□ −cos ” 1−Okは以下の式によって定義され た定数である。ni2z04-2kcos i ZO3 + (1- to 2) zo2 12kcos i Z□-cos” 1-Ok is defined by the following formula. is a constant.

k−1,5((cy−1)’/σ)(Ω02/Ωγ)回転方向角度φ0によって 軌道上のボディを初めに方向づける。方向角度φ0を定めるjtL X Q s  yQおよびZ□はボディ回転軸に沿った単位ベクトルのxyz系における成分 である。k-1,5 ((cy-1)'/σ) (Ω02/Ωγ) by rotation direction angle φ0 Orient the body in orbit first. Determine the direction angle φ0 jtL X Q s yQ and Z□ are the components in the xyz system of the unit vector along the body rotation axis It is.

図面の簡単な説明 本発明のより良い理解が以下の添付図面と関連した詳細な説明の考察から得られ る。Brief description of the drawing A better understanding of the invention may be obtained from consideration of the detailed description in conjunction with the accompanying drawings below. Ru.

第1A図は、回転軸姿勢が本発明に従って受動的に維持される人工衛星のような 軌道体の関係を示す。FIG. 1A shows a satellite-like satellite whose axis of rotation attitude is passively maintained in accordance with the present invention. Shows the relationship between orbital bodies.

第1B図は、回転軸および異なった時間での軌道法線の位置に関して示した頂部 から見た第1A図のそれと同様の図である。Figure 1B shows the top view with respect to the axis of rotation and the position of the trajectory normal at different times. Figure 1A is a view similar to that of Figure 1A, viewed from above.

第2A図は、地球の扁球性(oblateness)によって生成された軌道法 線の逆行運動から生じる人工衛星方向づけにおける変化を説明する図である。Figure 2A shows the orbital method generated by the oblateness of the Earth. FIG. 3 is a diagram illustrating changes in satellite orientation resulting from retrograde motion of a line;

第2B図は頂部から見た第2A図のそれと同様の図である。Figure 2B is a view similar to that of Figure 2A from the top.

第3A図は人工衛星の回転軸の逆行運動を説明する図である。FIG. 3A is a diagram illustrating retrograde motion of the rotation axis of the artificial satellite.

第3B図は頂部から見た第3A図のそれと同様の図である。Figure 3B is a view similar to that of Figure 3A from the top.

第4図はここの説明で使用された座標系画定を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the coordinate system definition used in this explanation.

第5図は500kmの軌道高度と28,5°の傾斜を有する宇宙ステーション応 用のための回転速度の関数として平均回転軸角φ0のグラフである。Figure 5 shows the space station configuration with an orbit altitude of 500 km and an inclination of 28.5°. FIG. 2 is a graph of the average axis of rotation angle φ0 as a function of rotational speed for use; FIG.

好ましい実施例の説明 本発明の本質は、軌道体質量特性(ボディ慣性および形状)、特定の回転速度の 発生、および回転軸の後続する慣性運動が、回転体の赤道面からの太陽線の総エ クスカーションをも制限するとき才差運動軌道平面の運動に連続的に受動的に従 うような軌道におけるボディの独特の初期の方向づけの設定にある。システムエ レメントのこの独特の装置は第1A図および第1B図のベーシックシステム図で 説明する。Description of the preferred embodiment The essence of the invention is that the orbital body mass properties (body inertia and shape), generation, and the subsequent inertial motion of the axis of rotation is the total radiation of the sun's rays from the equatorial plane of the rotating body. The precession is continuously passively followed by the motion of the orbital plane when we also limit the excursion. lies in the unique initial orientation setting of the body in such a trajectory. System This unique device from Lement is shown in the basic system diagrams in Figures 1A and 1B. explain.

第1A図および第1B図において説明されるように、回転軸は地球極軸および軌 道平面標準によって定められた平面に、北極に関して一定角度φ0で固定される 。もし回転軸が初めにこの位置に置かれるなら、角度φ0が正確に選ばれるなら 、たとえ軌道それ自身が才差運動していても、漠然とそのままである。更に、回 転軸方向は初期の配置における小さなエラーが漠然と小さなままであるように安 定している。従って、回転軸は、まず第1に正しい初期角度φ0で置かれるなら 、燃料またはエネルギ消費に依存することなく地球軸/軌道平面に固定された位 置で受動的に維持される。この角度φ0は以下の関係式に定義されるように、2 つのパラメータiおよびkの関数である。As illustrated in Figures 1A and 1B, the axis of rotation is the Earth's polar axis and orbital axis. It is fixed at a constant angle φ0 with respect to the north pole on the plane defined by the road plane standard. . If the axis of rotation is initially placed in this position, then if the angle φ0 is chosen exactly , remains vaguely intact, even if the orbit itself is precessing. Furthermore, times The axis of rotation is set so that small errors in the initial alignment remain vaguely small. It is established. Therefore, if the axis of rotation is placed at the correct initial angle φ0 in the first place, , a fixed position in the Earth axis/orbital plane without dependence on fuel or energy consumption. passively maintained in place. This angle φ0 is 2 as defined by the following relational expression. is a function of two parameters i and k.

i−軌道傾斜 k −1,5((cy−1) /cy) (Ωo2/Ωテ)式中 σ−(宇宙船の回転慣性)/(宇宙船の横慣性)Ω〇−軌道速度 Ω一回転速度 チーノードの軌道線の逆行速度 本発明の方法を実行することにおいて、角度φ0が任務寿命にわたって適切な太 陽電池電力を生じるのに十分で小さくなるように上記参照の所望された軌道パラ メータ(i+ Ω0゜およびテ)と矛盾のないボディの質量形状および回転速度 (それぞれσおよびΩ)を選択することが重要であり、そして任務の開始におい て正しい方向で宇宙船の回転軸を置くことが重要である。i-orbital inclination k −1,5 ((cy-1) / cy) (Ωo2 / Ωte) in the formula σ - (rotational inertia of spacecraft) / (lateral inertia of spacecraft) Ω〇 - orbital speed Ω rotation speed Retrograde velocity of the Chi Node orbit line In carrying out the method of the invention, the angle φ0 has a suitable thickness over the mission life. The desired orbital parameters of the reference above are made small enough to generate solar cell power. Mass shape and rotational speed of the body consistent with the meter (i + Ω0゜ and Te) (σ and Ω, respectively) and at the start of the mission It is important to position the spacecraft's axis of rotation in the correct direction.

本発明の方法の好ましい実施例において、回転軸方向角度φ0は以下のように定 められる。赤道面に関して傾けられた軌道上の宇宙船のため、地球の扁球性は逆 行方向において北極/南極軸について才差運動をするため軌道法線を生じる。In a preferred embodiment of the method of the invention, the rotational axis angle φ0 is defined as follows: I can't stand it. Due to the spacecraft in an orbit tilted with respect to the equatorial plane, the oblateness of the Earth is reversed. Precession about the north/south pole axis in the row direction produces an orbital normal.

この逆行運動は第2A図および第2B図に示されている。加えて、ボディにわた る重力勾配トルクは、もしボディがロッド形であるなら、即ち1より小さいロー ル対ピッチ比を有するなら正方向において、そしてもしボディがディスク形なら 逆方向において軌道法線を中心に才差運動を生じさせる。ディスク形の場合の方 法が第3A図および第3B図に示されている。This retrograde motion is shown in Figures 2A and 2B. In addition, there is cotton on the body. If the body is rod-shaped, i.e., the gravitational gradient torque is less than 1. in the positive direction if it has a pitch-to-lecture ratio, and if the body is disc-shaped Precession is caused in the opposite direction around the orbital normal. For disc type The method is shown in Figures 3A and 3B.

これら2つの才差運動は一般にもし質量および/またはエネルギがこれらの力を 妨げるため費やされなければ宇宙船の回転軸が広範囲の空間をさまようことを引 起こす。These two precessions generally occur if mass and/or energy This would cause the spacecraft's axis of rotation to wander over a wide range of space if not spent on blocking. wake up

別のアプローチ、および本発明の方法の基本的原理は、才差運動が、第1A図お よび第1B図に示される有効な既知の方向で回転軸姿勢の受動的維持を許容する ため有利に結合するように宇宙船および軌道パラメータを定めることである。Another approach, and the basic principle of the method of the present invention, is that the precession is and allow passive maintenance of the rotational axis attitude in a valid known direction as shown in FIG. 1B. Therefore, it is advantageous to define the spacecraft and orbit parameters to combine.

この好ましい結合は、回転軸の重力勾配オ差運動が第1A図および第1B図に示 されるような平面平衡形態を生じるため軌道法線の逆行運動によって丁度バラン スを取られるような位置で北極軸と軌道法線の間に回転軸を置くことによって達 成される。This preferred coupling ensures that the gravitational gradient offset motion of the axis of rotation is shown in Figures 1A and 1B. To produce a planar equilibrium form such as achieved by placing the axis of rotation between the north pole axis and the orbital normal in such a position that the will be accomplished.

本発明の方法を数学的に得るため、軌道法線軸に沿った2および上昇的ノードで のXによって第4図に示されるような回転xyz軌道座標系を考慮する。天体x yz系に関するこの系の角速度尼は以下の通りである。2 and ascending nodes along the trajectory normal axis to obtain the method of the invention mathematically. Consider a rotating xyz orbital coordinate system as shown in FIG. Celestial body x The angular velocity of this system with respect to the yz system is as follows.

宇宙船の角モーメントベクトルhについての運動の方程式は以下の関係式を満足 する。The equation of motion for the angular moment vector h of the spacecraft satisfies the following relational expression: do.

(dlH/dt)+Hx %−工G (2)式中工G−引力勾配トルクである。(dlH/dt)+Hx%-Engine G (2) Equation (2) Intermediate G-Gravity Gradient Torque.

引力妨害トルクが小さくhベクトルをかなり動かすためには長時間必要となるの で、この系のための運動の支配式を与えるため軌道上でその平均値によって置換 される(方程式中Cは宇宙船の回転慣性でありAは引力の宇宙船中心についての 横の慣性である。The gravitational disturbance torque is small and it takes a long time to move the h vector considerably. To give the governing equation of motion for this system, replace by its average value on the orbit (In the equation, C is the rotational inertia of the spacecraft and A is the gravitational force about the center of the spacecraft.) This is lateral inertia.

Uは単位ベクトルを示す。U indicates a unit vector.

上記方程式は以下のように書換えられる。The above equation can be rewritten as follows.

x’ = (kz−cos i) y+z sin iy’ = (cos i  −kz) x’ −d/dψ 、ψ−テt k−1,5((cr−1) /a) (Ω 2/Ωテ)および σ−C/A これらの方程式(5)は2つの第1の積分、即ちx2+y2+22−1 y−(kz2/2stn 1)−zcot i+c1および、平衡解、即ち x□ −0 yo −(zOsin i) / (cos i−k z)を有する。z□は以 下のフォーティック(quartic )関係式%式% 平均回転角φ0は以下の平均式から決定される。x' = (kz-cos i) y+z sin iy' = (cos i -kz) x' -d/dψ, ψ-tet k-1,5 ((cr-1)/a) (Ω2/Ωte) and σ-C/A These equations (5) consist of two first integrals, namely x2+y2+22-1 y-(kz2/2stn 1)-zcot i+c1 and the equilibrium solution, i.e. x□ −0 It has yo − (zOsin i) / (cos i-k z). z□ is below Quartic relational formula % formula % below The average rotation angle φ0 is determined from the following average equation.

φ0−arc tan (zo / yo ) 十i−π/2φ。のパラメータ iおよびkへの依存性は方程式(7)、(8)および(9)に対する平衡解の形 で明らかである。その解は、回転軸運動がユニット球および放物線状円柱の交点 上にあることを示す上記方程式(6)の第1の積分式から安定に導かれる。平衡 解のため、この交点は単独点である。この閉じられた輪郭性は、この組の方程式 によって示された平衡運動の安定性を表わす。φ0-arc tan (zo/yo) 10i-π/2φ. parameters of The dependence on i and k is the form of the equilibrium solution to equations (7), (8) and (9). It is clear that The solution is that the rotational axis motion is the intersection of the unit sphere and the parabolic cylinder. It is stably derived from the first integral expression of equation (6) above, which shows that equilibrium Because of the solution, this intersection is a single point. This closed contour property is defined by this set of equations represents the stability of the equilibrium motion shown by .

この概念を説明するため、28.5°の角度で傾斜された500キロメータ軌道 におかれる大きな宇宙ステーションを考える。このような軌道のため、ノード逆 行速度は一日当り6.72@であり、94.13分の軌道期間である。宇宙船は 大きなローターを含む二重回転装置構造を有し、ジャイロスコープ強固性および 回転重力環境の両者、およびデスパンゼロ重力部分を与えるため回転される。To illustrate this concept, a 500 kilometer orbit tilted at an angle of 28.5° Think of a large space station placed on a planet. Because of such a trajectory, the node inverse The line speed is 6.72@ per day, with an orbital period of 94.13 minutes. The spaceship is It has double rotating device structure including large rotor, gyroscope solidity and It is rotated to provide both a rotating gravity environment, and a despanning zero gravity section.

第5図は毎分1乃至6回転の回転速度で、1.2乃至1.8の範囲の宇宙船慣性 率σの値に対する臨界角φ0を示す。二重回転適用のため、σは宇宙船の横の慣 性に対するローター回転慣性の比である。小さなφ0の値は動力効果のために所 望され、高い回転速度と低いσ値はこの適用のために好ましい。この故に宇宙船 設計家はこのような目標のための満足な回転軸角φ0を生じるためローター質量 特性および回転速度を定める。Figure 5 shows spacecraft inertia ranging from 1.2 to 1.8 at rotational speeds of 1 to 6 revolutions per minute. The critical angle φ0 is shown for the value of the rate σ. Because of the double rotation application, σ is the spacecraft's lateral habitus. is the ratio of rotor rotational inertia to rotational inertia. A small value of φ0 is due to the power effect. High rotational speeds and low σ values are desired and preferred for this application. Because of this, the spaceship Designers must reduce the rotor mass to produce a satisfactory rotational axis angle φ0 for such a goal. Determine characteristics and rotation speed.

本発明の方法は回転および二重回転宇宙船の両方に適合する。後者の場合、しか しながら、宇宙船回転慣性は回転軸方向角φ0を決定することにおいてローター 回転慣性によって置換えられなければならない。The method of the invention is compatible with both rotating and dual rotating spacecraft. In the latter case, only However, the spacecraft rotational inertia is determined by the rotor in determining the rotational axis angle φ0. must be replaced by rotational inertia.

各軌道および宇宙船のため4つの方向角φ。と同じ数存在できることが方程式( 7)、(8)および(9)の平衡状態から示される。一般に、最も小さいφO値 は動力研究のため最も関心をもたれる。しかしながら、他の角度解は回転軸維持 を同様に行なうために用いられることができる。Four orientation angles φ for each orbit and spacecraft. The equation ( This is shown from the equilibrium states of 7), (8) and (9). In general, the smallest φO value is of most interest for power research. However, other angular solutions maintain the rotation axis can be used to do the same.

従って、軌道傾斜、軌道速度およびノードの軌道線の逆行速度をその軌道パラメ ータとして有する回転軌道体の姿勢を受動的に維持するための方法か記述され、 そのためボディの回転軸方向角は、ボディの軌道が才差運動をしているときでさ え、最適アンテナ利得および最適太陽電池照射を提供するため、ボディの軌道平 面に関して本質的に固定され安定されたままである。人工衛星を方向づけるため の受動的安定化についての本発明の方法を用いることによって、先行技術の従来 の能動的安定化システムに存在する重量、複雑性、およびエネルギ消費における 不利益が最小にされた。Therefore, the orbital inclination, orbital velocity and retrograde velocity of the orbital line of a node are defined as its orbital parameters. A method for passively maintaining the attitude of a rotating orbital body having as a data is described, Therefore, the direction angle of the body's rotation axis is the same as when the body's orbit is precessing. In order to provide optimal antenna gain and optimal solar irradiation, the body has a flat orbit. It remains essentially fixed and stable with respect to the plane. to orient the satellite By using the method of the present invention for passive stabilization of in weight, complexity, and energy consumption present in active stabilization systems of Disadvantages were minimized.

本発明が有効に用いられる方法を示すため本発明に従って軌道上の回転体の姿勢 を制御するための方法の特定の装置が上述されたけれども、本発明がそれに限定 されるものではないことが明らかであろう。従って、当業者にとって起り得る任 意および全ての修正、変化または同等の装置が、添付された請求の範囲に定義さ れたような本発明の技術的範囲に含まれることが考慮されるべきである。In order to show how the present invention can be effectively used, the attitude of a rotating body on an orbit according to the present invention is described below. Although the specific apparatus of the method for controlling the It is clear that this is not the case. Therefore, it is possible for a person skilled in the art to and all modifications, changes or equivalent devices as defined in the appended claims. It should be considered that the invention falls within the technical scope of the present invention as described above.

1)も 謹 審 報 牛1) Momentum Tribunal Report Cow

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)軌道パラメータとして軌道傾斜i、軌道速度Ωoおよびノードγの軌道線 の逆行速度を有し、そのためボディの回転軸方向角φoが、ボディの軌道が才差 運動をしているときでさえボディの軌道面に関して本質的に固定され安定された ままであるような回転する地球軌道上のボディの姿勢を受動的に安定化する方法 において、 前記ボディの横の慣性に対する前記ボディの回転慣性の比によって定められる前 記ボディのための質量形状σを選択し、前記ボディのための前記回転軸方向角φ oが以下の関係式に対する平衡解であるように回転速度Ωを選択し、φo=ar c yan(zo/yo)+i−π/2式中xyz軌道座標系のため軌道標準軸 に沿ってzを、上昇ノードでxを有し、 Xo=0 yo=(zosini)/(cosi−kz)i=軌道傾斜 k=1.5((σ−1)/σ)(Ωo2/Ω■)そしてzoは以下のウオーティ ックに対する解であり、k2zo4−2kcosizo3 +(1−k2)zo2+2kcosizo−cos2i=0 前記回転軸方向角によって軌道上の前記ボディを初めに方向づけることを含む方 法。(1) Orbital parameters: orbital inclination i, orbital velocity Ωo, and orbit line of node γ Therefore, the rotational axis direction angle φo of the body is such that the trajectory of the body is essentially fixed and stabilized with respect to the body's orbital plane even when in motion How to passively stabilize the attitude of a body in rotating Earth orbit such that In, before defined by the ratio of the rotational inertia of said body to the lateral inertia of said body Select the mass shape σ for the body, and select the rotational axis direction angle φ for the body. Choose the rotational speed Ω such that o is an equilibrium solution to the following relation, φo=ar c yan (zo/yo) + i-π/2 In the formula, the orbit standard axis is the xyz orbital coordinate system. with z along and x at the ascending node, Xo=0 yo=(zosini)/(cosi-kz)i=orbit inclination k=1.5 ((σ-1)/σ) (Ωo2/Ω■) and zo is the following wattage k2zo4−2kcosizo3 +(1-k2)zo2+2kcosizo-cos2i=0 initially orienting the body on the orbit by the rotational axis direction angle; Law. (2)前記ボディの回転軸が地球の極軸およびボディの軌道面法線によって定め られた平面に置かれている請求項1記載の方法。(2) The axis of rotation of the body is determined by the polar axis of the earth and the normal to the orbital surface of the body. 2. The method of claim 1, wherein the method is placed in a flat plane. (3)ボディの回転軸が北極と軌道法線との間で方向づけられる請求項2記載の 方法。(3) The axis of rotation of the body is oriented between the north pole and the normal to the orbit. Method. (4)才差運動をしている回転する地球軌道上のボディの姿勢を受動的に安定化 する方法において、この方法が、前記ボディの軌道がまた才差運動をしていると きでさえ、前記ボディの軌道面に関して本質的に固定され安定している前記ボデ ィの回転軸方向を維持し、 前記ボディと前記軌道の才差運動が等しく方向的に反対であるように、軌道傾斜 、軌道速度およびノードの軌道線の逆行速度を含むボディ質量形状および軌道パ ラメータを選択し、地球の極軸およびボディの軌道法線によって定められた平面 で、前記極軸と前記軌道法線との間に前記ボディの回転軸を位置させ、 前記回転軸の重力勾配才差運動が軸平衡形態を生じるため軌道法線の逆行運動と 等しいように回転軸角を選択することを含む方法。(4) Passively stabilize the posture of a rotating body in orbit of the Earth that is undergoing precession In the method, if the trajectory of the body also precesses, Even if the body is essentially fixed and stable with respect to the raceway of the body, maintain the rotational axis direction of the orbital inclination such that the precessions of said body and said orbit are equal and directionally opposite; , the body mass shape and orbital parameters, including the orbital velocity and the retrograde velocity of the orbital line of the node. the plane defined by the Earth's polar axis and the body's orbit normal. and positioning the rotation axis of the body between the polar axis and the orbit normal, The gravitational gradient precession of the rotational axis produces an axial equilibrium form, so it is a retrograde movement of the orbital normal. A method involving selecting the rotation axis angles to be equal. (5)前記回転軸角で軌道上の前記ボディを初めに方向づける過程を含む請求項 4記載の方法。(5) A claim including a step of initially orienting the body on the orbit at the rotation axis angle. The method described in 4. (6)回転する人工衛星が地球の軌道に置かれるような地球軌道システムにおい て、 回転軌道体がボディの横の慣性に対するボディの回転慣性の比によって定められ た質量形状を有し、所望された軌道バラメータと一致する選択された回転速度が 以下の定義を満たし、 i=軌道傾斜 k=1.5((σ−1)/σ)(Ωo2/Ω■)式中、 σ=(宇宙船の回転慣性)/(宇宙船の横慣性)Ωo=軌道速度 Ω=回転速度 γ=ノードの軌道線の逆行速度 そして、軌道体の回転軸が以下に定められる角度φoであり、φo=arc t an(zo/yo)+i−π/2式中,xyz軌道座標系のため軌道法線軸に沿 ってzを、上昇ノードでxを有し、以下の関係式を保持し、xo=0 yo=(zosini)/(cosi−kz)そしてzoは、次のウオーティッ ク k2zo4−2kcosizo3 +(1−k2)zo2+2kcosizo−cos2i=0 に対する解であることを含む方法。(6) In an earth orbit system in which a rotating artificial satellite is placed in the earth's orbit. hand, A rotating orbital body is determined by the ratio of the rotational inertia of the body to the lateral inertia of the body. with a selected rotational speed that matches the desired orbital parameters. satisfies the following definition, i = orbital inclination k=1.5((σ-1)/σ)(Ωo2/Ω■) In the formula, σ = (rotational inertia of spacecraft) / (lateral inertia of spacecraft) Ωo = orbital velocity Ω=rotation speed γ = retrograde velocity of the node's orbit line Then, the axis of rotation of the orbital body is the angle φo defined below, and φo=arc t an(zo/yo)+i-π/2 In the formula, because of the xyz orbital coordinate system, along the orbital normal axis has z at the ascending node, holds the following relational expression, and xo=0 yo=(zosini)/(cosi-kz) and zo is the next watch. nine k2zo4-2kcosizo3 +(1-k2)zo2+2kcosizo-cos2i=0 A method involving being a solution to .
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