[科普中国]-姿态稳定性

简介

在轨装配、航天员活动、交会对接以及在轨修复等空间活动对空间站的构型会产生相当大的变化,进而影响空间站的姿态,并且这些活动导致空间站转动惯量变化速度很快,使得此时的空间站姿态控制异于通常情况下的对地定向,实际中要求空间站进行维持TEA的姿态控制1。

姿态不稳定原因对于载液空间站系统,航天飞机或飞船同空间站的对接大系统等,可以用一个充液多体的力学模型来模拟:它是一对弹性铰接的联合体,其一是载体(多腔充液系统),而另一个子系统不充液2。

研究表明:

(1)加速度越大,则系统的稳定域越小,

(2)晃动使系统稳定域缩小,

(3)在系统稳定边界上的振型接近于带有液体晃动的弹性腔体的本征振型。对于系统的耗合问题,同样也是应该注意的。

飞行器在轨姿态稳定性控制系统原理卫星在轨运行时，由于受到内部和外部干扰力矩的作用，其姿态会偏离期望值。姿态稳定性控制的任务要求是根据姿态测量系统提供的姿态确定的信息，利用合适的控制规律与执行机构，将星体姿态稳定的控制在期望值附近。在任务过程中，随着推进剂的消耗，飞行器的质量特性和动力学参数均发生缓慢变化。此外由于轨道控制推力器偏斜及横移、安装误差等原因，轨控推力器可产生较大的干扰力矩，引起大的姿态扰动。

为了达到姿态稳定性控制的目的，需要飞行器姿态控制系统自主辨识任务过程中发生变化的质心、转动惯量等关键参数，修正受质量特性参数影响的控制策略。由于空间条件的限制，所设计的参数辨识算法应尽可能应用星上原有的敏感器和执行机构，避免额外增加其它设备。同时应充分考虑星载计算机的计算性能，既要满足精度需求，又不能过于复杂，确保星载计算机可在每个指令周期内计算完毕3。