RU2708468C1 - Holding method of geostationary spacecraft - Google Patents
Holding method of geostationary spacecraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708468C1 RU2708468C1 RU2018142493A RU2018142493A RU2708468C1 RU 2708468 C1 RU2708468 C1 RU 2708468C1 RU 2018142493 A RU2018142493 A RU 2018142493A RU 2018142493 A RU2018142493 A RU 2018142493A RU 2708468 C1 RU2708468 C1 RU 2708468C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- correction
- vector
- engine
- orbit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для удержания космического аппарата в заданном диапазоне географических долгот и широт рабочей позиции на геостационарной орбите.The present invention relates to the field of space technology and can be used to hold the spacecraft in a given range of geographical longitudes and latitudes of the working position in geostationary orbit.
Известен «Способ одновременной коррекции удержания вектора наклонения орбиты и периода обращения трехосностабилизированного космического аппарата», патент RU №2381965. Согласно данному способу, определяют требуемый угол отклонения вектора тяги двигателя от нормали к орбите в плоскости рысканья, исходя из обеспечения заданной точности исполнения коррекции периода обращения космического аппарата и требуемых изменений за коррекцию трансверсальной и ортогональной составляющих вектора скорости космического аппарата, задают отклонения направлений векторов тяги двигателей, рассчитывают длительности работы двигателей по формулам:The well-known "Method for the simultaneous correction of retention of the inclination vector of the orbit and the period of revolution of a three-axis stabilized spacecraft", patent RU No. 2381965. According to this method, the required angle of deviation of the thrust vector of the engine from the normal to the orbit in the yaw plane is determined, based on ensuring the specified accuracy of the correction of the period of revolution of the spacecraft and the required changes for the correction of the transversal and orthogonal components of the velocity vector of the spacecraft, the deviations of the directions of the thrust vectors of the engines are set , calculate the duration of the engines according to the formulas:
где τ1, τ2 - длительности работы двигателей, с;where τ 1 , τ 2 - the duration of the engines, s;
Jn, Jτ - импульсы тяги, требуемые для коррекций соответственно вектора наклонения орбиты и периода обращения КА, Н⋅с;J n , J τ are the thrust impulses required for corrections, respectively, of the inclination vector of the orbit and the spacecraft orbital period, Н⋅с;
F1, F2 - тяги двигателей, Н;F 1 , F 2 - engine thrust, N;
θ1, θ2 - углы отклонения векторов тяги двигателей от нормали к плоскости орбиты в плоскости рысканья по наименьшей дуге,θ 1 , θ 2 are the angles of deviation of the thrust vectors of the engines from the normal to the plane of the orbit in the yaw plane along the smallest arc,
и проводят коррекцию парой двигателей, установленных по разные стороны от нормали к орбите, для чего производят последовательно их включения на расчетные длительности работы. При этом выполняется следующая последовательность операций (все угловые величины выражены в радианах):and carry out the correction by a pair of engines installed on opposite sides from the normal to the orbit, for which they are turned on sequentially for the estimated duration of work. The following sequence of operations is performed (all angular values are expressed in radians):
1. Определяют требуемый угол (θ) отклонения вектора тяги двигателя от нормали к орбите, исходя из обеспечения заданной точности исполнения коррекции периода обращения КА и требуемых изменений за коррекцию трансверсальной и ортогональной составляющих вектора скорости КА.1. Determine the required angle (θ) of the deviation of the engine thrust vector from normal to orbit, based on ensuring the specified accuracy of the correction of the spacecraft rotation period and the required changes for the correction of the transversal and orthogonal components of the spacecraft velocity vector.
Величину угла θ рассчитывают по формулеThe angle θ is calculated by the formula
где θ - острый угол отклонения двигателей по разные стороны от нормали к орбите в плоскости рысканья;where θ is the acute angle of deviation of the engines on different sides from the normal to the orbit in the yaw plane;
ввиду того, что due to the fact that
следуетshould
δθ - погрешность, с которой поддерживается положение КА в плоскости рысканья относительно центра масс;δθ is the error with which the position of the spacecraft in the yaw plane is maintained relative to the center of mass;
δVτ - задаваемая максимальная относительная погрешность реализации корректирующего импульса на изменение периода обращения КА;δV τ is the specified maximum relative error in the implementation of the correcting pulse to change the spacecraft revolution period;
ΔVτ - требуемое максимальное изменение за коррекцию трансверсальной составляющей вектора скорости КА в течение срока его активного существования, м/с;ΔV τ is the required maximum change for the correction of the transversal component of the spacecraft velocity vector during the period of its active existence, m / s;
ΔVn - требуемое изменение за коррекцию ортогональной составляющей вектора скорости КА, соответствующее расчетному максимальному изменению вектора наклонения (составляющие вектора наклонения ix=sin(i)⋅cos(Ω); iy=sin(i)⋅sin(Ω), Ω - долгота восходящего узла орбиты), м/с.ΔV n is the required change for the correction of the orthogonal component of the spacecraft velocity vector, corresponding to the calculated maximum change in the inclination vector (components of the inclination vector i x = sin (i) ⋅cos (Ω); i y = sin (i) ⋅sin (Ω), Ω is the longitude of the ascending node of the orbit), m / s.
Следует отметить, что способ не требует угловых разворотов КА. Двигатели устанавливаются конструктивно под заранее рассчитанными углами θ1 и θ2.It should be noted that the method does not require angular turns of the spacecraft. Engines are installed structurally at pre-calculated angles θ 1 and θ 2 .
2. Задают отклонения направлений векторов тяги двигателей.2. Define the directions of the thrust vectors of the engines.
Устанавливают по два двигателя относительно обеих полуосей нормали к орбите. Направления векторов тяги двигателей сейчас задают отклонениями от нормали к орбите в плоскости рысканья на углы «+θ» и «-θ». В общем случае модули этих углов могут быть не равны.Two engines are installed relative to both axis of the normal to the orbit. The directions of the engine thrust vectors are now set by deviations from the normal to the orbit in the yaw plane at the angles “+ θ” and “-θ”. In the general case, the moduli of these angles may not be equal.
3. Юстируют направление векторов тяги двигателей.3. Adjust the direction of the thrust vectors of the engines.
При установке двигателей на КА под углами «+θ» и «-θ» за направление вектора тяги двигателя принимается геометрическая ось двигателя. Однако, за счет погрешности установки двигателя и отклонения фактического направления вектора тяги двигателя от его геометрической оси, фактические углы направления векторов тяги отличаются от расчетных. Поэтому производится юстировка, при которой определяют фактические углы отклонения векторов тяги двигателей от нормали. Для проведения юстировки включают поочередно двигатели, и после каждого включения проводят траекторные измерения. По изменению параметров орбиты и определяют фактические углы θ1 и θ2 соответственно для первого и второго двигателей каждой из полуосей нормали к орбите. Например, для геостационарной орбиты углы θ1 и θ2 можно определить по формулеWhen installing engines on a spacecraft at angles “+ θ” and “-θ”, the geometric axis of the engine is taken as the direction of the engine thrust vector. However, due to the error in the installation of the engine and the deviation of the actual direction of the thrust vector of the engine from its geometric axis, the actual angles of direction of the thrust vectors differ from the calculated ones. Therefore, an adjustment is made in which the actual angles of deviation of the engine thrust vectors from the normal are determined. To carry out the adjustment, the engines are switched on in turn, and after each switching on, trajectory measurements are carried out. By changing the parameters of the orbit, the actual angles θ 1 and θ 2 are determined for the first and second engines of each of the semi-axes of the normal to the orbit. For example, for a geostationary orbit, the angles θ 1 and θ 2 can be determined by the formula
где μ - гравитационный параметр Земли, км3/с2;where μ is the gravitational parameter of the Earth, km 3 / s 2 ;
ΔT - изменение периода обращения КА за счет работы двигателя (определяется по результатам траекторных измерений), с;ΔT - change in the spacecraft rotation period due to engine operation (determined by the results of trajectory measurements), s;
R - радиус номинальной стационарной орбиты КА, км;R is the radius of the nominal stationary orbit of the spacecraft, km;
а - ускорение, создаваемое двигателем, км/с2; а - acceleration created by the engine, km / s 2 ;
τ - длительность работы двигателя, с.τ is the duration of the engine, s.
4. Рассчитывают длительности работы двигателей.4. Calculate the duration of the engines.
Сумма проекций импульсов тяг первого и второго двигателей на нормаль к орбите должна быть равна требуемому импульсу на проведение коррекции вектора наклонения орбиты, т.е.The sum of the projections of the thrust impulses of the first and second engines on the normal to the orbit should be equal to the required impulse for the correction of the inclination vector of the orbit, i.e.
С другой стороны, разность проекций импульсов тяг первого и второго двигателей на трансверсаль должна быть равна требуемому импульсу на проведение коррекции периода обращения КА, т.е.On the other hand, the difference between the projections of the thrust pulses of the first and second engines on the transversal should be equal to the required pulse for the correction of the spacecraft rotation period, i.e.
Решая совместно уравнения (8) и (9) относительно τ1 и τ2, получаем (1) и (2).Solving equations (8) and (9) together with respect to τ 1 and τ 2 , we obtain (1) and (2).
5. Проводят коррекцию парой двигателей.5. Carry out a correction with a pair of engines.
Коррекции проводят последовательным включением первого двигателя на τ1 секунд и второго двигателя на τ2 секунд.Corrections are made by sequentially turning on the first engine for τ 1 seconds and the second engine for τ 2 seconds.
Импульсы Jn, Jτ определяются стратегией реального удержания КА по известным формулам, например, П.Е. Эльясберг «Введение в теорию полета ИСЗ», М., Наука, 1965 г. The pulses J n , J τ are determined by the strategy of real spacecraft retention according to well-known formulas, for example, P.E. Elyasberg “Introduction to AES Flight Theory”, M., Nauka, 1965
где Jτ - требуемый импульс на проведение коррекции периода обращения КА, кг⋅км/с;where J τ is the required impulse for correcting the spacecraft orbital period, kg⋅km / s;
m - масса КА, кг;m is the mass of the spacecraft, kg;
μ - гравитационный параметр Земли, км3/с2;μ - gravitational parameter of the Earth, km 3 / s 2 ;
ΔT - требуемое изменение периода обращения за коррекцию, с;ΔT is the required change in the period for applying for correction, s;
R - радиус номинальной стационарной орбиты, км,R is the radius of the nominal stationary orbit, km,
а также, Г.М. Чернявский, В.А. Бартенев, В.А. Малышев «Управление орбитой стационарного спутника», М., Машиностроение, 1984 г., стр. 129, 138. Моменты включений двигателей определяются из условия, чтобы середина интервала работы двигателей соответствовала точке оптимального приложения импульсов. При непрерывной коррекции двумя двигателями на стационарной орбите можно воспользоваться следующими рабочими формулами (все угловые величины выражены в радианах):as well as G.M. Chernyavsky, V.A. Bartenev, V.A. Malyshev, “Control of the orbit of a stationary satellite,” Moscow, Mashinostroenie, 1984, pp. 129, 138. The moments of engine start-up are determined from the condition that the middle of the interval of operation of the engines corresponds to the point of optimal application of pulses. With continuous correction by two engines in a stationary orbit, you can use the following working formulas (all angular values are expressed in radians):
где t0 - некоторое начальное время, секунды от опорной эпохи;where t 0 - some initial time, seconds from the reference era;
[Δiy⋅sign(a z)/Δix⋅sign(a z)] - прямое восхождение середины активного участка;[Δi y ⋅sign ( a z ) / Δi x ⋅sign ( a z )] - right ascension of the middle of the active section;
Δiy, Δix - требуемые составляющие изменения вектора наклонения в координатах:Δi y , Δi x - the required components of the change in the inclination vector in coordinates:
Ω - долгота восходящего узла орбиты КА;Ω is the longitude of the ascending node of the spacecraft orbit;
а z - ортогональное ускорение, км/с2; and z is the orthogonal acceleration, km / s 2 ;
- отклонение от точки центра в момент t0; - deviation from the center point at time t 0;
S0 - среднее гринвичское звездное время в момент t0; S 0 - average Greenwich stellar time at time t 0;
λц - долгота центра - центр орбитальной позиции; λc - longitude of the center - the center of the orbital position;
n - среднее движение КА, с-1;n is the average spacecraft motion, s -1 ;
Vcp - средняя орбитальная скорость, км/с.V cp is the average orbital velocity, km / s.
Приведенный способ «Способ одновременной коррекции удержания вектора наклонения орбиты и периода обращения трехосностабилизированного космического аппарата» в заявленном виде как способ двухпараметрической коррекции безупречен. Для удержания геостационарного КА на орбитальной позиции требуется стратегия и тактика его удержания в узкой области по долготе, а также векторов наклонения и эксцентриситета. То, что корректируется лишь два параметра (пусть даже одновременно и одними и теми же двигателями) можно считать недостатком прототипа - он мог бы быть способом одновременной трехпараметрической, а не двухпараметрической, коррекции удержания геостационарного КА.The described method, “A method for simultaneously correcting the retention of the inclination vector of the orbit and the period of revolution of a three-axis stabilized spacecraft” in the claimed form as a method of two-parameter correction is impeccable. To maintain a geostationary spacecraft in an orbital position, a strategy and tactics of holding it in a narrow region in longitude, as well as inclination and eccentricity vectors, are required. The fact that only two parameters are corrected (even if by the same engines at the same time) can be considered a disadvantage of the prototype - it could be a way of simultaneous three-parameter, and not two-parameter, correction of geostationary spacecraft retention.
Известен «Способ удержания геостационарного космического аппарата на заданной орбитальной позиции», патент RU №2481249, который взят за прототип. Согласно данному способу, включающему всю отличительную часть аналога RU №2381965, приведенную выше: 1 - прикладывают проверочное воздействие к корпусу КА путем включения двигателя; 2 - измеряют значения анодного тока и напряжения на электродах плазменного двигателя в процессе приложения проверочного и корректирующего воздействий; 3 - осредняют полученные значения на всем интервале измерения; 4 - рассчитывают тягу при приложении корректирующего воздействия по зависимости:The well-known "Method of holding a geostationary spacecraft at a given orbital position", patent RU No. 2481249, which is taken as a prototype. According to this method, which includes the entire distinguishing part of the analogue of RU No. 2381965, given above: 1 - apply a test action to the spacecraft body by turning on the engine; 2 - measure the values of the anode current and voltage on the electrodes of the plasma engine during the application of the verification and corrective actions; 3 - average the obtained values over the entire measurement interval; 4 - calculate traction when applying a corrective action according to:
где Fi - тяга двигателя с i-м условным номером, Н;where F i - engine thrust with the i-th conventional number, N;
- коэффициент трансформации, - transformation ratio,
индекс относится к проверочным определениям тяги двигателей коррекции;index relates to test definitions of thrust correction engines;
Ii - среднее значение анодного тока, а;I i - the average value of the anode current, and ;
Ui - среднее значение напряжения на электродах, в,U i - the average value of the voltage at the electrodes, in,
5 - определяют номинальную зависимость сидерического периода обращения после коррекции удержания от текущего положения КА по долготе относительно центра орбитальной позиции, 6 - переустанавливают в инерциальном пространстве контрольную по периоду обращения плоскость, перпендикулярную плоскости экватора, проходящую через середину предстоящего текущего активного участка орбиты КА, 7 - на каждом шаге удержания передают в систему автономной навигации время середины активного участка и 8 - придают ей функцию определения по данным траекторных измерений фактического сидерического периода обращения, как разность последовательных моментов пересечения КА этой плоскости, 9 - если фактические сидерические периоды обращения расходятся с прогнозируемыми периодами более чем на величину максимальной ошибки определения и прогнозирования периода, - переходят в неавтономный режим удержания и 10 - планируют проверочные включения двигателей для уточнения коэффициентов трансформации силы тока и напряжения в тягу двигателя, и 11 - посредством всей совокупности коррекций вызывают и поддерживают устойчивый центростремительный эффект эволюции КА на орбитальной позиции.5 - determine the nominal dependence of the sidereal circulation period after the correction of the retention from the current spacecraft position in longitude relative to the center of the orbital position; 6 - reinstall in the inertial space the reference plane, perpendicular to the equatorial plane, passing through the middle of the upcoming current active spacecraft orbit, 7 - at each retention step, they transmit to the autonomous navigation system the time of the middle of the active section and 8 - give it the function of determining according to the path data measurements of the actual sidereal circulation period, as the difference of consecutive moments of the spacecraft crossing this plane, 9 - if the actual sidereal circulation periods diverge from the forecasted periods by more than the maximum error of determining and predicting the period, - go into non-offline hold mode and 10 - plan test inclusions motors to clarify the coefficients of transformation of current and voltage into engine thrust, and 11 - through the whole set of corrections cause alive steady centripetal effect on the evolution of spacecraft orbital position.
В операции 11 под центростремительным эффектом эволюции КА на орбитальной позиции подразумевается центростремительный эффект эволюции КА по долготе.In operation 11, the centripetal effect of the evolution of the spacecraft at the orbital position means the centripetal effect of the evolution of the spacecraft in longitude.
Тягу i-гo двигателя определяют по известным методикам, исходя из фактического значения изменения корректируемого параметра орбитального движения КА, например, периода обращения.I-th engine thrust determined by known methods, based on the actual value of the change in the corrected parameter of the orbital motion of the spacecraft, for example, the period of revolution.
Прототип перегружен деталями, малоэффективными на длительном интервале времени активного существования КА. Например, определение тяги по показаниям датчиков силы тока и напряжения работающего двигателя. В автономном режиме удержания КА на заданной орбитальной позиции тестовые включения не нужны. Они нужны вне этого режима, когда ошибка в определении тяги становится главной причиной выходов КА из областей удержания. Конечно, уточнение тяги полезно. И проводить его необходимо согласно некоему установленному заранее регламенту. В автономном режиме удержания, когда регулярно и часто проводятся необходимые коррекции удержания, можно с успехом пользоваться некой номинальной таблицей тяг работоспособных двигателей и заниматься уточнением тяги лишь ввиду явно грубых результатов баллистического обеспечения полета КА. Но, если не уточнять тяги двигателей, то нет необходимости и в переустановке в инерциальном пространстве контрольной плоскости. Комплекс работ по баллистическому обеспечению сложен, и нет необходимости охватывать его единым техническим решением. Из отличительной части прототипа возьмем в ограничительную часть настоящего изобретения только определение номинальной зависимости сидерического периода обращения после коррекции удержания от текущего положения КА по долготе относительно центра орбитальной позиции и вызов и поддержание устойчивого центростремительного эффекта эволюции КА на орбитальной позиции. Линия удержания (зависимость) может иметь довольно сложный вид, однако суть сводится к прямой, проходящей на плоскости [Т - сидерический период; λ - гринвичская долгота] через центр орбитальной позиции [Тзв - звездный период; λц - центр] снизу вверх и слева направо под выбранным опытным путем углом наклона к одной из осей координат. Аналог выбран в качестве прототипа именно по определению номинальной зависимости и поддержанию центростремительного эффекта.The prototype is overloaded with details that are ineffective over a long time interval of the active existence of the spacecraft. For example, the determination of traction by the readings of sensors of current strength and voltage of a running engine. In the autonomous mode of holding the spacecraft at a given orbital position, test inclusions are not needed. They are needed outside this mode, when an error in determining the thrust becomes the main cause of spacecraft exits from the confinement regions. Of course, traction refinement is useful. And it must be carried out in accordance with some pre-established regulations. In the autonomous hold mode, when the necessary hold correction corrections are regularly and often carried out, it is possible to successfully use a certain nominal table of thrusts of efficient engines and to refine the thrust only because of the clearly rude results of ballistic support for the spacecraft flight. But, if you do not specify the engine thrust, then there is no need to reinstall the control plane in the inertial space. The scope of work on ballistic support is complex, and there is no need to cover it with a single technical solution. Of the distinctive part of the prototype, we take in the restrictive part of the present invention only the determination of the nominal dependence of the sidereal circulation period after the correction of the retention from the current spacecraft position in longitude relative to the center of the orbital position and the challenge and maintenance of a stable centripetal effect of the spacecraft evolution at the orbital position. The line of retention (dependence) can have a rather complicated appearance, however, the essence boils down to a line passing on the plane [T - sidereal period; λ - Greenwich longitude] through the center of the orbital position [T sv - stellar period; λ C - center] from bottom to top and from left to right under the selected experimental path angle to one of the coordinate axes. The analogue is selected as a prototype precisely by determining the nominal dependence and maintaining the centripetal effect.
Задачей является создание способа максимально эффективного по энергозатратам на удержание центра масс КА, будь-то просто удержание в узкой области по широте и долготе, будь-то коллокация в этой области.The task is to create a method that is as efficient as possible in terms of energy consumption to maintain the center of mass of the spacecraft, whether it’s just keeping it in a narrow area in latitude and longitude, whether it be collocation in this area.
Решение поставленной задачи в том, что в способе удержания геостационарного КА, включающем определение номинальной зависимости сидерического периода обращения после коррекции удержания от текущего положения КА по долготе относительно центра орбитальной позиции, вызов и поддержание устойчивого центростремительного эффекта эволюции КА на орбитальной позиции, введены новые операции, заключающиеся в том, что, на фоне автономной навигации, в промежутках между регулярными коррекциями, на очередном шаге удержания: определяют номинальные диаметрально противоположные активные участки для проведения коррекции вектора наклонения; определяют отклонения текущего значения сидерического периода обращения от номинального сидерического периода обращения после коррекции; по знаку этих отклонений выбирают из имеющихся пар два двигателя коррекции с требуемой проекцией векторов тяг в трансверсальном направлении; рассчитывают коррекции вектора наклонения орбиты одним двигателем; прогнозируют движение центра масс КА от начального момента в текущие сутки до момента (tк) окончания второго по времени исполнения активного участка из двух возможных по соображению полной отработки требуемых параметров коррекции вектора наклонения с учетом тяги только на первом активном участке, соответствующему номеру двигателя, выбранному первым; определяют текущий вектор эксцентриситета e1к; прогнозируют движение центра масс КА от начального момента в текущие сутки до момента tк с учетом тяги только на втором активном участке, соответствующему номеру двигателя, выбранному вторым; определяют текущий вектор эксцентриситета е2к; определяют векторы перевода по обоим вариантам коррекции из соотношений:The solution to this problem lies in the fact that in the method of holding the geostationary spacecraft, including determining the nominal dependence of the sidereal circulation period after correcting the hold on the current position of the spacecraft in longitude relative to the center of the orbital position, calling and maintaining a stable centripetal effect of the spacecraft evolution at the orbital position, new operations are introduced, consisting in the fact that, against the background of autonomous navigation, in the intervals between regular corrections, at the next retention step: determine the nominal and diametrically opposed active sites for correcting the inclination vector; determining deviations of the current value of the sidereal circulation period from the nominal sidereal circulation period after correction; by the sign of these deviations, two correction engines with the required projection of the thrust vectors in the transverse direction are selected from the available pairs; calculate the correction of the inclination vector of the orbit with one engine; predict the motion of the center of mass of the spacecraft from the initial moment on the current day to the moment (t to ) the end of the second-time execution of the active section of the two possible, for the purpose of completely working out the required correction parameters of the inclination vector taking into account the thrust only in the first active section corresponding to the engine number selected first; determine the current eccentricity vector e 1k ; predicting the motion of the center of mass of the spacecraft from the initial moment on the current day to the moment t to , taking into account the thrust only in the second active section, corresponding to the engine number selected by the second; determine the current eccentricity vector e 2k ; determine the translation vectors for both correction options from the relations:
где ец - вектор прицеливания;where e c is the aiming vector;
выбирают двигатель соответственно рабочему активному участку, где реализуется наименьший вектор перевода; проводят коррекцию одним двигателем; посредством всей совокупности регулярных коррекций вызывают и поддерживают в течение сколь угодно длительного времени устойчивый центростремительный эффект эволюции вектора эксцентриситета орбиты КА.choose the engine according to the active working area, where the smallest translation vector is implemented; carry out correction with one engine; Through the totality of regular corrections, a stable centripetal effect of the evolution of the eccentricity vector of the orbit of the spacecraft is caused and maintained for an arbitrarily long time.
Реализация предлагаемого способа предполагает выполнение следующей последовательности операций:The implementation of the proposed method involves the following sequence of operations:
1. Определяют номинальную зависимость сидерического периода обращения после одновременной коррекции удержания вектора наклонения орбиты и периода обращения трехосностабилизированного КА от текущего положения КА по долготе относительно центра орбитальной позиции.1. The nominal dependence of the sidereal rotation period after simultaneous correction of the retention of the inclination vector of the orbit and the rotation period of the three-axis stabilized spacecraft from the current spacecraft position in longitude relative to the center of the orbital position is determined.
Стратегия удержания в этом случае заключается в том, что точкой прицеливания всегда остается точка [λц; Тзв], ориентация в фазовом пространстве [Т; λ] (или [Т; Δλ=λ-λц]) линии стратегии удержания принципиально одна и та же, уходы КА по долготе за счет либрации КА (нецентральность геопотенциала), это - главное, имеют всегда, пусть не за одну, но за 3 одновременных коррекций периода и наклонения (в зависимости от угла отклонения вектора тяги двигателя от нормали к орбите в плоскости рысканья) желаемое направление к центру орбитальной позиции, и, при установившемся процессе удержания, отклонения по средней за виток долготе от долготы центра составляют не более ±1 угл.мин.; по периоду от звездных суток составляют не более ±2 с. В этой области КА находится гарантированно в течение всего срока эксплуатации, при условии бесперебойной работы системы автономной навигации либо при непрерывном определении параметров движения КА на средствах наземного комплекса управления.The retention strategy in this case is that the aiming point always remains the point [λ c ; T sound ], the orientation in the phase space [T; The λ] (or [T; Δλ = λ-λ C ]) lines of the retention strategy are basically the same; spacecraft departures in longitude due to spacecraft libration (off-center geopotential), this is the main thing they always have, albeit not in one, but for 3 simultaneous corrections of the period and inclination (depending on the angle of deviation of the thrust vector of the engine from the normal to the orbit in the yaw plane), the desired direction to the center of the orbital position, and, with the steady-state retention process, deviations in the average longitude winding from the center longitude are no more than ± 1 arcmin .; over the period from stellar days make up no more than ± 2 s. In this area, the spacecraft is guaranteed for the entire period of operation, provided that the autonomous navigation system operates smoothly or when the spacecraft motion parameters are continuously determined using the ground-based control system.
Данный пункт соответствует п. 5 отличительной части формулы прототипа.This paragraph corresponds to paragraph 5 of the characterizing part of the prototype formula.
2. Определяют номинальные диаметрально противоположные активные участки для проведения коррекции вектора наклонения.2. Determine the nominal diametrically opposite active sections for the correction of the inclination vector.
Прямые восхождения и времена прохождения КА середины АУ определяются по формулам (13) и (11) соответственно.Right ascents and transit times of the spacecraft in the middle of the AC are determined by formulas (13) and (11), respectively.
3. Выбирают двигатель коррекции вектора наклонения.3. Select an inclination vector correction engine.
Двигатель коррекции вектора наклонения выбирают по знаку отклонения текущего значения сидерического периода обращения от номинального сидерического периода обращения после коррекции (Тном). Выбираются двигатели коррекции вектора наклонения из имеющихся пар, расположенных относительно обеих полуосей нормали к орбите, которые свободны от ограничений на включение в расчетный период времени и знак проекции тяги которых на трансверсаль противоположен знаку изменения орбитальной скорости, равно как и знаку ΔТном..The inclination vector correction engine is selected by the sign of the deviation of the current sidereal circulation period from the nominal sidereal circulation period after correction (T nom ). The inclination vector correction engines are selected from the available pairs located relative to both semiaxes of the normal to the orbit, which are free from restrictions on the inclusion in the calculation period of time and the sign of the projection of the thrust on the transversal is opposite to the sign of the change in the orbital velocity, as well as the sign ΔТ nom. .
4. Рассчитывают коррекции вектора наклонения орбиты одним двигателем.4. Calculate the correction of the inclination vector of the orbit by one engine.
Нас интересует только точное исполнение коррекции вектора наклонения. Длительность работы выбранного двигателя рассчитывают по известной формуле (12) делением левой и правой частей на массу КА.We are only interested in the exact execution of the correction of the inclination vector. The duration of the selected engine is calculated by the well-known formula (12) by dividing the left and right parts by the mass of the spacecraft.
5. Прогнозируют движение центра масс КА от начального момента в текущие сутки до момента (tк) окончания второго по времени исполнения активного участка из двух возможных по соображению полной отработки требуемых параметров коррекции вектора наклонения с учетом тяги только на первом активном участке, соответствующем номеру двигателя, выбранному первым.5. The motion of the center of mass of the spacecraft is predicted from the initial moment on the current day to the moment (t to ) the end of the second-time execution of the active section of the two possible, for the reason of complete development of the required correction parameters of the inclination vector taking into account the thrust only in the first active section corresponding to the engine number selected first.
Принципиально важно, что схема расположения двигателей коррекции позволяет в купе с выбранной в предлагаемом способе стратегией удержания по долготе на каждом шаге удержания постоянно привлекать к работе лишь один двигатель коррекции, реализующий стратегию удержания вектора наклонения орбиты КА. Как следствие, отслеживается не выход на Тном, а тенденция к тому, но, как показывают натурные испытания, этого достаточно, чтобы успешно удерживать КА по долготе. Диапазон удержания ±0,05° - в пределах возможности данного способа, если е не более (0,0002-0,00029).It is fundamentally important that the location scheme of the correction engines allows, in conjunction with the longitude retention strategy selected in the proposed method, at each retention step to constantly engage only one correction engine that implements the strategy of holding the inclination vector of the spacecraft orbit. As a result, it is not the exit to T nom that is monitored, but the tendency towards that, but, as field tests show, this is enough to successfully keep the spacecraft in longitude. The retention range of ± 0.05 ° is within the scope of this method, if e is not more than (0,0002-0,00029).
6. Определяют текущий вектор эксцентриситета e1к.6. Determine the current eccentricity vector e 1k .
7. Прогнозируют движение центра масс КА от начального момента в текущие сутки до момента tк с учетом тяги только на втором активном участке, соответствующем номеру двигателя, выбранному вторым.7. Predict the motion of the center of mass of the spacecraft from the initial moment on the current day to the moment t to , taking into account the thrust only in the second active section, corresponding to the engine number selected by the second.
8. Определяют текущий вектор эксцентриситета е2к.8. Determine the current eccentricity vector e 2k .
9. Определяют векторы перевода по обоим вариантам коррекции из соотношений:9. Determine the translation vectors for both correction options from the relationships:
Δе1=e1к-eц;Δe 1 = e 1k -e c ;
Δе2=е2к-ец.Δе 2 = е 2к- е ц .
10. Выбирают двигатель соответственно рабочему активному участку, где реализуется наименьший вектор перевода.10. Select the engine according to the active working area, where the smallest translation vector is implemented.
11. Проводят коррекцию одним двигателем.11. Carry out a correction with one engine.
Данную операцию следует считать отличительным признаком по отношению к обоим аналогам.This operation should be considered a hallmark in relation to both analogues.
12. Создают центростремительный эффект эволюции КА по долготе.12. Create a centripetal effect of the evolution of the spacecraft in longitude.
Посредством коррекций вектора наклонения вызывают и поддерживают в течение сколь угодно длительного времени устойчивый центростремительный эффект эволюции КА по долготе на орбитальной позиции.Through corrections of the inclination vector, a stable centripetal effect of the evolution of the spacecraft in longitude at the orbital position is caused and maintained for an arbitrarily long time.
Данный пункт соответствует п. 11 отличительной части формулы прототипа.This paragraph corresponds to paragraph 11 of the characterizing part of the prototype formula.
13. Создают центростремительный эффект эволюции вектора эксцентриситета орбиты КА.13. Create a centripetal effect of the evolution of the eccentricity vector of the spacecraft orbit.
Селекцией векторов эксцентриситета перед коррекцией параметров движения КА вызывают и поддерживают в течение сколь угодно длительного времени центростремительный эффект эволюции действительного вектора эксцентриситета.By selecting eccentricity vectors before correcting the motion parameters of the spacecraft, the centripetal effect of the evolution of the real eccentricity vector is evoked and maintained for an arbitrarily long time.
Коррекции удержания являются первичными физическими операциями, вызов центростремительного эффекта эволюции вектора эксцентриситета орбиты КА - вторичными физическими операциями над объектом, а сам центростремительный эффект является отличительным физическим свойством объекта-способа.Retention corrections are the primary physical operations, the call of the centripetal effect of the evolution of the eccentricity vector of the SC orbit is secondary physical operations on the object, and the centripetal effect itself is a distinctive physical property of the method object.
Далее п.п. 1-13 повторяются в течение срока активного существования КА.Next p.p. 1-13 are repeated during the active life of the spacecraft.
При любых переводах КА на геостационарной орбите и в процессе регламентных работ по уточнению тяг двигателей проводят проверочные включения двигателей согласно п.п. 1-4 отличительной части формулы прототипа.For any transfers of the spacecraft in the geostationary orbit and in the process of routine work to clarify the engine thrusts, test inclusion of the engines is carried out in accordance with paragraphs. 1-4 of the characterizing part of the prototype formula.
Настоящий способ удержания геостационарного КА предлагает трехпараметрическую одновременную и совмещенную коррекцию: набор изменяемых параметров является необходимым и достаточным. Исполнительный орган - один из выбранных на данный рабочий момент двигателей.The present method of geostationary spacecraft retention offers a three-parameter simultaneous and combined correction: a set of variable parameters is necessary and sufficient. The executive body is one of the currently selected engines.
Следует отметить, что при отказах двигателей и наличии возможных непреодолимых ограничений способ автоматически теряет свои преимущества перед иными способами, попавшими в схожие обстоятельства, то есть, скорее всего, он распадется на два способа: способ удержания по долготе и наклонению и способ удержания по эксцентриситету.It should be noted that in the event of engine failures and possible insurmountable restrictions, the method automatically loses its advantages over other methods that fall into similar circumstances, that is, it most likely will fall into two methods: the method of holding in longitude and inclination and the method of holding in eccentricity.
Предлагаемый способ удержания геостационарного КА позволяет:The proposed method of retaining a geostationary spacecraft allows:
1) практически полностью исключить необходимость проведения коррекции периода обращения и эксцентриситета двигателями коррекции долготы;1) almost completely eliminate the need for correction of the circulation period and eccentricity by longitude correction engines;
2) создать центростремительный эффект эволюции вектора эксцентриситета орбиты КА, то есть надежно удерживать КА в малых областях целевых точек.2) create a centripetal effect of the evolution of the eccentricity vector of the SC orbit, that is, reliably hold the SC in small areas of the target points.
3) повысить точность удержания по долготе с ±0,1° до ±0,05°.3) increase the accuracy of longitude retention from ± 0.1 ° to ± 0.05 °.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142493A RU2708468C1 (en) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Holding method of geostationary spacecraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018142493A RU2708468C1 (en) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Holding method of geostationary spacecraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708468C1 true RU2708468C1 (en) | 2019-12-09 |
Family
ID=68836750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018142493A RU2708468C1 (en) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Holding method of geostationary spacecraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708468C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0790542B1 (en) * | 1995-08-11 | 2000-01-19 | DaimlerChrysler AG | Method for controlling the attitude of a three-axis stabilized, earth oriented bias momentum spacecraft |
EP0780297B1 (en) * | 1995-12-22 | 2001-11-14 | Hughes Electronics Corporation | Method and apparatus for stationkeeping a satellite offset by pitch rotation |
US7487016B2 (en) * | 2004-12-15 | 2009-02-03 | The Boeing Company | Method for compensating star motion induced error in a stellar inertial attitude determination system |
RU2381965C1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method to simultaneously correct triaxially-stabilised spacecraft circular orbit inclination vector holding and period |
RU2481249C2 (en) * | 2011-08-05 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method of retaining geostationary spacecraft in preset orbital position |
RU2486111C1 (en) * | 2011-10-13 | 2013-06-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method of retaining geostationary spacecraft in preset orbital position |
-
2018
- 2018-11-30 RU RU2018142493A patent/RU2708468C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0790542B1 (en) * | 1995-08-11 | 2000-01-19 | DaimlerChrysler AG | Method for controlling the attitude of a three-axis stabilized, earth oriented bias momentum spacecraft |
EP0780297B1 (en) * | 1995-12-22 | 2001-11-14 | Hughes Electronics Corporation | Method and apparatus for stationkeeping a satellite offset by pitch rotation |
US7487016B2 (en) * | 2004-12-15 | 2009-02-03 | The Boeing Company | Method for compensating star motion induced error in a stellar inertial attitude determination system |
RU2381965C1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method to simultaneously correct triaxially-stabilised spacecraft circular orbit inclination vector holding and period |
RU2481249C2 (en) * | 2011-08-05 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method of retaining geostationary spacecraft in preset orbital position |
RU2486111C1 (en) * | 2011-10-13 | 2013-06-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method of retaining geostationary spacecraft in preset orbital position |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2948860C (en) | Orbit transfer method for a spacecraft using a continuous or quasi-continuous thrust and embedded driving system for implementing such a method | |
Schaub et al. | Impulsive feedback control to establish specific mean orbit elements of spacecraft formations | |
JP6271043B2 (en) | Orbit control device and satellite | |
CN110926464B (en) | Inertial navigation method and system based on dual modes | |
US10046869B2 (en) | Inertial sensing augmentation for navigation of spacecraft | |
US9309010B2 (en) | Methods and apparatus for controlling a plurality of satellites using node-synchronous eccentricity control | |
Vazquez et al. | Pulse-width predictive control for LTV systems with application to spacecraft rendezvous | |
RU2535760C1 (en) | Space servicing system and method of its construction | |
RU2708468C1 (en) | Holding method of geostationary spacecraft | |
RU2381965C1 (en) | Method to simultaneously correct triaxially-stabilised spacecraft circular orbit inclination vector holding and period | |
Brunner et al. | Comparison of numerical predictor-corrector and Apollo skip entry guidance algorithms | |
RU2013131329A (en) | METHOD OF AUTONOMOUS COLLECTION IN GEOSTATIONARY ORBIT | |
Krasil’shchikov et al. | Autonomous implementation of dynamic operations in a geostationary orbit. I. Formalization of control problem | |
RU2721813C1 (en) | Autonomous collocation method in geostationary orbit | |
Wood | The evolution of deep space navigation: 1999–2004 | |
Sliwka et al. | Sea glider guidance around a circle using distance measurements to a drifting acoustic source | |
RU2013136260A (en) | METHOD OF MONITORING COLLOCATION IN GEOSTATIONARY ORBIT | |
Vela et al. | A low-thrust finite state machine based controller for N-satellites formations in distributed synthetic aperture radar applications | |
Sostaric et al. | Lunar ascent and rendezvous trajectory design | |
Ozimek et al. | Onboard Development of Autonomous Low-Thrust Guidance | |
Harden et al. | Automated patch point placement for spacecraft trajectory targeting | |
Condoleo et al. | Stable orbits for lunar landing assistance | |
RU2486111C1 (en) | Method of retaining geostationary spacecraft in preset orbital position | |
RU2729347C1 (en) | Collocation method in geostationary orbit | |
Frauenholz et al. | Analysis of the TOPEX/Poseidon operational orbit: Observed variations and why |