带大型网状天线航天器在轨展开多体动力学与控制耦合仿真

【作者】 董富祥； 周志成； 曲广吉；

【机构】 中国空间技术研究院通信卫星事业部；

【摘要】 根据国民经济的发展需求,各航天大国正在研究和部署GEO移动通信、广播和高分辨率微波遥感卫星等各类航天器。随着卫星用户终端不断向轻质便携化趋势发展,对时间敏感目标监视需求的不断增长等需求的提出,空间大型可展开网面天线是移动通信和微波遥感航天器关键技术设备。空间大型天线具有活动部件数量多、天线展开期间整星惯量特性变化大、天线对整星干扰力矩大时间长,天线展开期间卫星姿态运动与大范围运动柔性索网耦合度高等突出特点。传统的航天器控制系统设计采用的柔性动力学模型难以将天线展开期间对卫星姿态干扰及大型网面天线复杂运动与卫星姿态耦合动力学效应考虑在内,导致控制系统设计有效性难以得到充分验证。针对大型天线在轨动力学与控制问题,本文提出采用基于多体动力学与控制耦合建模方法解决大型天线展开期间控制系统设计有效性验证问题。根据大型可展开网面天线展开原理,基于递推方法和绝对坐标框架建立了考虑桁架与索网的耦合动力学方程。根据天线展开期间可靠性设计要求,建立了考虑轨道运动效应和轮控的卫星姿态控制算法。以此为基础,开发了相应数值算法、软件及控制算法库,并开展了大型桁架式网状天线展开期间整形多体动力学与控制耦合仿真。仿真结果表明:(1)天线展开初期,卫星姿态变化大,对柔性索网产生较大摆荡,需要在天线设计中加强柔性索网的管理、避免索网缠绕;(2)天线展开后期,整星姿态变化小,反作用轮可以将卫星姿态稳定在合理范围内。更多还原