RU2711819C2 - Spacecraft movement control method - Google Patents
Spacecraft movement control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711819C2 RU2711819C2 RU2016149727A RU2016149727A RU2711819C2 RU 2711819 C2 RU2711819 C2 RU 2711819C2 RU 2016149727 A RU2016149727 A RU 2016149727A RU 2016149727 A RU2016149727 A RU 2016149727A RU 2711819 C2 RU2711819 C2 RU 2711819C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- engines
- axes
- plane
- mass
- Prior art date
Links
Images
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
-
- 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
- B64G1/26—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано при управлении движением космических аппаратов (КА).The invention relates to the field of space technology and can be used in controlling the movement of spacecraft (SC).
В настоящее время известны различные средства и методы управления движением КА, применяемые для коррекции орбиты КА, стабилизации и ориентации КА. Системы управления могут существенно различаться по конструкции, энергопотреблению, типу исполнительных органов в зависимости от решаемых задач управления, массы КА и орбиты его движения, а также от продолжительности корректирующих маневров. Система управления КА может одновременно осуществлять как управление движением центра масс КА, так и управление движением КА относительно его центра масс КА.Currently, various means and methods for controlling the motion of the spacecraft are known, which are used to correct the orbit of the spacecraft, stabilization and orientation of the spacecraft. Control systems can vary significantly in design, energy consumption, type of executive bodies, depending on the control tasks being solved, the mass of the spacecraft and its orbit of movement, as well as on the duration of the corrective maneuvers. The spacecraft control system can simultaneously control both the motion of the spacecraft's center of mass and the spacecraft’s motion control relative to its spacecraft center of mass.
Наиболее близким аналогом является «Способ управления движением космического аппарата и система управления» (патент на изобретение RU 2309876 С1). Способ управления движением космического аппарата, заключающийся в управлении движением центра масс космического аппарата и в управлении угловой ориентацией космического аппарата в пространстве, включающий управляющее воздействие на космический аппарат посредством включения, по крайней мере, одного реактивного двигателя малой тяги двигательной установки космического аппарата, создающего вектор тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции космического аппарата. Управляющие воздействия создают с помощью двигателей малой тяги, располагаемых в общей установочной плоскости космического аппарата, ортогональных одной из его плоскостей инерции, с угловым смещением между ближайшими двигателями.The closest analogue is “A method for controlling the motion of a spacecraft and a control system” (patent for invention RU 2309876 C1). A method for controlling the motion of a spacecraft, which consists in controlling the motion of the center of mass of the spacecraft and in controlling the angular orientation of the spacecraft in space, including a control action on the spacecraft by turning on at least one small thrust jet engine of the propulsion system of the spacecraft creating a thrust vector relative to the three main orthogonal axes of inertia of the spacecraft. Control actions are created using small thrust engines located in the common installation plane of the spacecraft, orthogonal to one of its inertia planes, with an angular displacement between the nearest engines.
Ряд существенных недостатков, характерных для прототипа, заключается в следующем:A number of significant disadvantages characteristic of the prototype is as follows:
1. эффективность использования тяги приведенных в примерах реализации изобретения достигается за счет использования двух двигателей малой тяги, что приводит к увеличению необходимой мощности энергетической установки КА, т.к. коррекция орбиты занимает 1,5-3 часа в сутки, в остальное время мощность энергоустановки не будет использоваться, что ведет к не оптимальности проектируемого КА;1. the efficiency of the use of the thrust given in the examples of implementation of the invention is achieved through the use of two small thrust engines, which leads to an increase in the required power of the power plant of the spacecraft, because the orbit correction takes 1.5-3 hours per day, the rest of the time the power of the power plant will not be used, which leads to the non-optimality of the designed spacecraft;
2. двигатели размещены равномерно на корпусе КА. Во время создания управляющего воздействия, струя двигателя будет создавать возмущающие моменты при воздействии на элементы КА (солнечные батареи, антенны и т.д), которые необходимо компенсировать при управлении угловым положением КА и соответственно требуют дополнительных затрат ресурсов КА (топлива).2. The engines are placed evenly on the spacecraft body. During the creation of the control action, the jet of the engine will create disturbing moments when it affects the elements of the spacecraft (solar panels, antennas, etc.), which must be compensated for by controlling the angular position of the spacecraft and, accordingly, require additional resources of spacecraft (fuel).
Задачами, на решение которой направлено заявляемое изобретение являются:The tasks to be solved by the claimed invention are directed:
1. Снижение массы КА за счет снижения массы двигательной установки;1. A decrease in the mass of the spacecraft by reducing the mass of the propulsion system;
2. Уменьшение возмущающих моментов, создаваемых двигателями малой тяги во время создания управляющего воздействия;2. The reduction of disturbing moments created by small thrust engines during the creation of the control action;
3. Снижение массы КА за счет оптимального использования энергетической установки КА;3. A decrease in the mass of the spacecraft due to the optimal use of the power plant of the spacecraft;
Для решения поставленной задачи предлагается способ управления движением космического аппарата, заключающийся в управлении движением центра масс космического аппарата и в управлении угловой ориентацией космического аппарата в пространстве, включающий управляющее воздействие на космический аппарат посредством включения, по крайней мере, одного реактивного двигателя малой тяги, двигательной установки космического аппарата, создающего вектор тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции космического аппарата. Управляющие воздействия создаются с помощью двигателей малой тяги, расположенных в паре симметрично по отношению к плоскости осей крена и рысканья космического аппарата. Линии действия тяг двигателей направлены под углом к главным осям инерции, каждая пара двигателей отклонена от плоскости осей тангажа и крена на а градусов, а вектора тяг каждого из двигателей в плоскостях расположения пары двигателей отклонены от плоскости осей тангажа и рысканья на |3 градусов.To solve this problem, a method for controlling the motion of a spacecraft is proposed, which consists in controlling the motion of the center of mass of the spacecraft and in controlling the angular orientation of the spacecraft in space, including a control action on the spacecraft by turning on at least one small thruster, propulsion system spacecraft, creating a thrust vector relative to the three main orthogonal axes of inertia of the spacecraft. Control actions are created using small thrust engines, arranged in a pair symmetrically with respect to the plane of the roll and yaw axes of the spacecraft. The lines of action of the engine rods are directed at an angle to the main axes of inertia, each pair of engines is deviated from the plane of the pitch and roll axes by a degree, and the vector of the rods of each of the engines in the planes of the pair of engines are deviated from the plane of the pitch and yaw axes by | 3 degrees.
В частных случаях реализации изобретения каждый двигатель смонтирован на приводе и способен изменять свое угловое положение. Изменение направления векторов тяги позволяет создавать управляющие моменты тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции КА.In particular cases of the invention, each motor is mounted on the drive and is able to change its angular position. Changing the direction of the thrust vectors allows you to create control moments of thrust relative to the three main orthogonal axis of inertia of the spacecraft.
Использование указанных возможностей позволяет проводить во время операций по управлению движением центра масс космического аппарата операции по гашению кинетического момента (разгрузки) инерциальных средств управления КА, например гироскопических силовых стабилизаторов (маховиков).Using these capabilities allows during operations to control the center of mass of the spacecraft to quench the kinetic moment (unloading) of the inertial controls of the spacecraft, for example, gyroscopic power stabilizers (flywheels).
Использование указанных возможностей позволяет производить программные повороты КА при ориентации.Using these features allows you to make software turns of the spacecraft during orientation.
Техническими результатами, обеспечиваемыми приведенной совокупностью признаков, являются:Technical results provided by the given set of features are:
1. снижение массы энергетической установки КА, которое достигается при использовании способа управления движением КА, предполагающего оптимальную ориентацию вектора тяги при включении одного двигателя, как следствие более оптимальное проектирование КА;1. weight reduction of the spacecraft power plant, which is achieved by using the spacecraft motion control method, which assumes the optimal orientation of the thrust vector when one engine is turned on, as a result, a more optimal design of the spacecraft;
2. снижение массы двигательной установки за счет снижения количества двигателей малой тяги;2. reducing the mass of the propulsion system by reducing the number of thrusters;
3. снижение возмущающих моментов от действия струй двигателей, т.к. углы α и β выбираются исходя из приоритетного условия минимизации расхода топлива и дополнительного условия минимальных воздействий на элементы конструкции КА.3. reduction of disturbing moments from the action of engine jets, as angles α and β are selected based on the priority condition for minimizing fuel consumption and the additional condition of minimal impact on the structural elements of the spacecraft.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:
- на фиг. 1 - изображен схематичный вид спутника;- in FIG. 1 - shows a schematic view of a satellite;
- на фиг. 2 - схематично показан корпус КА с установленными двигателями (вид сверху);- in FIG. 2 - schematically shows the spacecraft body with installed engines (top view);
- на фиг. 3 - схематично показан корпус КА с установленными двигателями (вид сбоку);- in FIG. 3 - schematically shows the spacecraft body with installed engines (side view);
- на фиг. 4 - схематично показан частный случай реализации изобретения, при различных углах установки двигателей малой тяги.- in FIG. 4 - schematically shows a special case of the invention, at different angles of installation of small thrust engines.
Способ управления движением космического аппарата 1, заключающийся в управлении движением центра масс космического аппарата и в управлении угловой ориентацией космического аппарата в пространстве, включающий управляющее воздействие на космический аппарат посредством включения, по крайней мере, одного реактивного двигателя малой тяги 2 двигательной установки космического аппарата, создающего вектор тяги относительно трех главных ортогональных осей инерции космического аппарата. Управляющие воздействия создаются с помощью двигателей малой тяги 2, расположенных в паре симметрично по отношению к плоскости осей крена и рысканья космического аппарата 1. Линии действия тяг двигателей направлены под углом к главным осям инерции, каждая пара двигателей отклонена от плоскости осей тангажа и крена на α градусов 3, а вектора тяг каждого из двигателей в плоскостях расположения пары двигателей отклонены от плоскости осей тангажа и рысканья на β градусов 4.A method of controlling the motion of a
Получение технических результатов гарантируется при применении нижеприведенной стратегии удержания КА на геостационарной орбите по широте и долготе.Obtaining technical results is guaranteed by applying the following strategy of spacecraft retention in geostationary orbit in latitude and longitude.
Стратегия проведения коррекций удержания КА по широте и долготе должна минимизировать расход топлива. Анализ показывает, что основные затраты топлива на интервале длительного функционирования КА (15 и более лет) связаны с его удержанием по широте.The strategy for spacecraft retention corrections in latitude and longitude should minimize fuel consumption. The analysis shows that the main fuel costs in the interval of long-term spacecraft operation (15 years or more) are associated with its latitude retention.
Для экономии импульса скорости все короткопериодические составляющие возмущения вектора наклонения выделяются в некорректируемую группу. Коррекции удержания по широте обеспечивают компенсацию вековой составляющей изменения вектора наклонения, обусловленной лунно-солнечными возмущениями.To save the velocity impulse, all short-period components of the perturbation of the inclination vector are allocated to the unadjustable group. Latitude retention corrections compensate for the secular component of the change in the inclination vector due to lunar-solar disturbances.
Направления векторов тяг двигателей выбираются исходя из минимального расхода топлива за САС и минимального влияния двигателей на элементы КА.The directions of the engine thrust vectors are selected based on the minimum fuel consumption per CAC and the minimum influence of the engines on the spacecraft elements.
Для коррекции широты выбираются такие участки орбиты и продолжительность работы двигателей коррекции (ДК), чтобы оптимально изменить вектор наклонения. На каждом витке полета теоретически имеется два таких участка орбиты (разнесенные по аргументу широты на 180°). При этом продолжительность работы двигателей коррекции на обоих участках одинакова, а направления корректирующих ускорений в направлении «Север-Юг» противоположны. Выбор участка орбиты, продолжительность работы ДК зависят от текущего положения вектора наклонения КА и параметров стратегии удержания.To correct the latitude, such sections of the orbit and the duration of the correction engines (DC) are selected in order to optimally change the inclination vector. At each turn of the flight, theoretically, there are two such sections of the orbit (180 ° apart in the argument of latitude). At the same time, the operation time of the correction engines in both sections is the same, and the directions of corrective accelerations in the North-South direction are opposite. The choice of the orbit section, the duration of the DC operation depend on the current position of the inclination vector of the spacecraft and the parameters of the retention strategy.
Удержание КА по долготе сводится к коррекциям периода обращения КА и эксцентриситета орбиты, которые должны компенсировать влияние возмущающих сил, прежде всего, нецентральности гравитационного поля Земли и светового давления.Longitude spacecraft retention is reduced to corrections of the spacecraft's orbital period and orbital eccentricity, which should compensate for the influence of disturbing forces, primarily the off-center gravitational field of the Earth and light pressure.
Схема размещения ДК такова, что при коррекции вектора наклонения также происходит изменение вектора эксцентриситета и сидерического периода. Необходимое изменение периода обращения обеспечивается за счет либо выбора двигателя (имеющего требуемый знак трансверсального ускорения) либо последовательного включения двух двигателей, имеющих противоположные трансверсальные ускорения.The layout of the DC is such that when the inclination vector is corrected, the eccentricity vector and sidereal period also change. The necessary change in the circulation period is provided by either selecting an engine (having the required sign of transverse acceleration) or sequentially turning on two engines having opposite transverse accelerations.
Что касается управления вектором эксцентриситета, то можно использовать следующий алгоритм:As for the control of the eccentricity vector, the following algorithm can be used:
а) На витке планируются коррекции наклонения одним включением, при котором обеспечивается изменение периода обращения в нужном направлении. Из двух возможных вариантов (двигатель «северного» или двигатель «южного» направления) выбирается тот участок орбиты, где, по крайней мере, не ухудшается значение эксцентриситета.a) At the turn, correction of the inclination with one switch-on is planned, in which a change in the circulation period in the desired direction is provided. Of the two possible options (the engine of the "north" or the engine of the "south" direction), that portion of the orbit is selected where, at least, the eccentricity does not deteriorate.
б) Если один двигатель не обеспечивает требуемое изменение периода обращения, то рассчитывается маневр для пары двигателей одного направления по север (юг). При этом из двух возможных пар включений (двигатели «северного» или «южного» направления) выбирается более оптимальная для эксцентриситетаb) If one engine does not provide the required change in the circulation period, then the maneuver is calculated for a pair of engines of the same direction in the north (south). At the same time, from two possible pairs of inclusions (motors of the "northern" or "southern" direction), the most optimal for eccentricity is selected
в) Если коррекций наклонений недостаточно и эксцентриситет больше заданного порогового значения, то на витке планируется коррекция эксцентриситета двумя включениями, разнесенными на 12 часов. Для этого двигатели включаются на участках орбиты, оптимальных для изменения эксцентриситета (в окрестности перигея и апогея, например). При этом одновременно изменяются период обращения и эксцентриситет орбиты.c) If the inclination corrections are not enough and the eccentricity is greater than the specified threshold value, then the eccentricity correction at the turn is planned with two inclusions separated by 12 hours. For this, the engines are switched on at the sites of the orbit that are optimal for changing the eccentricity (in the vicinity of perigee and apogee, for example). At the same time, the period of revolution and the eccentricity of the orbit change.
Claims (2)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016149727A RU2711819C2 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Spacecraft movement control method |
EA201800015A EA037754B1 (en) | 2016-12-16 | 2017-12-06 | Spacecraft movement control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016149727A RU2711819C2 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Spacecraft movement control method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016149727A RU2016149727A (en) | 2018-06-19 |
RU2016149727A3 RU2016149727A3 (en) | 2018-06-19 |
RU2711819C2 true RU2711819C2 (en) | 2020-01-22 |
Family
ID=62619411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016149727A RU2711819C2 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Spacecraft movement control method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA037754B1 (en) |
RU (1) | RU2711819C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109976360B (en) * | 2019-03-11 | 2021-10-01 | 北京控制工程研究所 | Thruster configuration method based on configuration matrix |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5130931A (en) * | 1990-07-13 | 1992-07-14 | General Electric Company | Spacecraft attitude and velocity control system |
RU2112713C1 (en) * | 1996-05-16 | 1998-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Method of control of spacecraft by means of reaction actuators at maintenance of preset attitude control |
RU2124461C1 (en) * | 1997-11-12 | 1999-01-10 | Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Method of control of space vehicle equipped with jet engines at body base line directed at angle relative to axes and thrust lines shifted relative to center of mass of vehicle; system used for realization of this method and jet engine module |
RU2197412C2 (en) * | 2001-04-23 | 2003-01-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Method of control of spacecraft by means of powered gyroscopes and jet engines located at angle relative to axes of body base |
RU2309876C1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-10 | Федеральное государственное научное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики" (ФГНУ "НИИ ПМЭ") | Method of control of spacecraft motion and control system for realization of this method |
-
2016
- 2016-12-16 RU RU2016149727A patent/RU2711819C2/en active
-
2017
- 2017-12-06 EA EA201800015A patent/EA037754B1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5130931A (en) * | 1990-07-13 | 1992-07-14 | General Electric Company | Spacecraft attitude and velocity control system |
RU2112713C1 (en) * | 1996-05-16 | 1998-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Method of control of spacecraft by means of reaction actuators at maintenance of preset attitude control |
RU2124461C1 (en) * | 1997-11-12 | 1999-01-10 | Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Method of control of space vehicle equipped with jet engines at body base line directed at angle relative to axes and thrust lines shifted relative to center of mass of vehicle; system used for realization of this method and jet engine module |
RU2197412C2 (en) * | 2001-04-23 | 2003-01-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Method of control of spacecraft by means of powered gyroscopes and jet engines located at angle relative to axes of body base |
RU2309876C1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-10 | Федеральное государственное научное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики" (ФГНУ "НИИ ПМЭ") | Method of control of spacecraft motion and control system for realization of this method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016149727A (en) | 2018-06-19 |
EA037754B1 (en) | 2021-05-18 |
RU2016149727A3 (en) | 2018-06-19 |
EA201800015A1 (en) | 2018-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6213432B1 (en) | Method and a system for putting a space vehicle into orbit, using thrusters of high specific impulse | |
US6481672B1 (en) | Gimbaled thruster control system | |
JP3220142B2 (en) | Method of controlling pitch attitude of satellite by pressure of solar radiation, and satellite for performing the method | |
US7113851B1 (en) | Practical orbit raising system and method for geosynchronous satellites | |
US6032904A (en) | Multiple usage thruster mounting configuration | |
US9045241B2 (en) | Method for reducing the angular momentum and controlling the attitude of a spacecraft | |
JP2000168697A (en) | Practical method and device to stationarily hold satellite | |
EP3112272B1 (en) | Efficient stationkeeping design for mixed fuel systems | |
EP0602668B1 (en) | Propellant immobilizing method | |
EP3680182B1 (en) | Spin stabilization of a spacecraft for an orbit maneuver | |
US6053455A (en) | Spacecraft attitude control system using low thrust thrusters | |
EP3112273B1 (en) | Efficient stationkeeping design for mixed fuel systems in response to a failure of an electric thruster | |
US10046867B2 (en) | Maneuvering system for earth orbiting satellites with electric thrusters | |
US20160046395A1 (en) | System and Method for Managing Momentum Accumulation | |
US20140138491A1 (en) | Spacecraft Momentum Unload and Station-keeping Techniques | |
EP0861784A2 (en) | Spacecraft attitude control apparatus and method | |
US10850870B1 (en) | Optimized propulsion device for controlling the orbit and attitude of a satellite | |
RU2711819C2 (en) | Spacecraft movement control method | |
Lu et al. | Application of spinning electrodynamic tether system in changing system orbital parameters | |
WO2016125145A1 (en) | Method and system for station keeping of geo satellites | |
Jordaan et al. | The attitude control of a tri-spin solar sail satellite | |
Ueno et al. | Minimum fuel trajectories for sample-return mission using solar electric propulsion | |
WO1998032657A1 (en) | Spacecraft attitude control system using low thrust thrusters | |
Obukhov et al. | Spacecraft motion and attitude control in the high elliptic orbit | |
Arkhipov et al. | Toward a unified system design for future missions with electric propulsion |