高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2024.11.26

系统工程与电子技术 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (11): 3835-3843.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2024.11.26

高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制

何益康¹^,², 林书宇², 杨森³, 王振华³^,*, 何闻¹

1. 浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室, 浙江杭州 310027
2. 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
3. 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江哈尔滨 150001

收稿日期:2023-08-04 出版日期:2024-10-28 发布日期:2024-11-30
通讯作者: 王振华
作者简介:何益康(1985—), 男, 研究员, 博士, 主要研究方向为航天器姿态与轨道控制
林书宇(1993—)，男，工程师，硕士，主要研究方向为航天器姿态与轨道控制
杨森(1995—)，男，博士研究生，主要研究方向为卫星应急姿态控制
王振华(1987—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为航天器故障诊断、容错控制
何闻(1969—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为航天器振动与声学计量技术、精密装备制造及其自动化技术、残余应力测量及控制
基金资助:
国家自然科学基金(62373125);国家自然科学基金(52027808)

Solar array angle control for high-orbit satellite angular momentum management

Yikang HE¹^,², Shuyu LIN², Sen YANG³, Zhenhua WANG³^,*, Wen HE¹

1. Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology of Zhejiang Province, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. Shanghai Institute of Spaceflight Control Technology, Shanghai 201109, China
3. School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

Received:2023-08-04 Online:2024-10-28 Published:2024-11-30
Contact: Zhenhua WANG

摘要/Abstract

摘要：

为了延长高轨卫星的角动量卸载周期, 提出一种用于高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制方法。首先, 构建出太阳电池阵转角控制作用模型, 并将用于卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制转化为约束优化问题。然后, 从工程实用的角度出发, 根据常用的两翼太阳电池阵对称布局的特点, 简化用于角动量管理的太阳电池阵转角控制问题, 提出简单实用的太阳电池阵转角控制律。最后, 通过数值仿真和某遥感卫星的在轨环境干扰数据对所提方法进行验证。结果表明, 所提方法可以显著降低卫星角动量的积累, 延长角动量卸载周期。

关键词: 高轨卫星, 太阳电池阵, 角动量管理, 控制律, 约束优化

Abstract:

To extend the angular momentum unloading period of high-orbit satellites, a solar array angle control method for high-orbit satellite angular momentum management is proposed. Firstly, a solar array angle control model is constructed, and the solar array angle control used for satellite momentum management is transformed into a constrained optimization problem based on the solar array angle control model. Then, from an engineering perspective, the solar array angle control problem for momentum management is simplified based on the characteristics of commonly-used symmetric configuration of two-wing solar array panels, and a simple and practical control law for solar array angle is proposed. Finally, the proposed method is verified by numerical simulation and on-orbit environmental disturbance data of a remote sensing satellite. Simulation results show that the proposed method can significantly reduce the accumulation of satellite angular momentum and extend the momentum unloading period.

Key words: high-orbit satellite, solar array, angular momentum management, control law, constrained optimization

中图分类号:

V448.2

何益康, 林书宇, 杨森, 王振华, 何闻. 高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46(11): 3835-3843.

Yikang HE, Shuyu LIN, Sen YANG, Zhenhua WANG, Wen HE. Solar array angle control for high-orbit satellite angular momentum management[J]. Systems Engineering and Electronics, 2024, 46(11): 3835-3843.

图/表 11

图1

表1

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参考文献 31

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参数	数值
轨道类型	地球静止轨道
太阳电池阵面积/m²	9.5
+Y翼压心矢量/m	[0, 5.1, 0.4]^T
－Y翼压心矢量/m	[0, －4.9, 0.4]^T
镜面反射率C_rs	0.05
漫反射系数C_rd	0.22
初始角动量/Nms	[5.0, 0, －5.0]^T
卫星惯量矩阵/(kg·m²)	$ \left[\begin{array}{ccc} 7\ 540.0 & 80.2 & -105.8 \\ 80.2 & 6\ 437.0 & 269.3 \\ -105.8 & 269.3 & 4\ 610.0 \end{array}\right]$

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