[其他]空間飛行器混合控制系統

無效

• 申請號: 87104290
• 申請日: 1987-06-19
• 公開（公告）號: CN87104290A
• 公開（公告）日: 1988-02-24
• 發明（設計）人: 埃里昂;M·埃德蒙德;唐納特利·菲利浦A
• 申請（專利權）人: 休斯航空公司
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;F02K1/00;F02K9/00;F02K7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 鄒光新

本發明涉及空間飛行器，更具體地說，涉及用于空間飛行器的控制系統。

諸如衛星之類的空間飛行器，在其壽命期間，與推進和控制系統的類型有關。例如，由航天飛機發射的空間飛行器，由一組大推力的主發動機和助推器將整個航天飛機軌道飛行器送入地球低軌道。即將送入永久性或半永久性軌道的空間飛行器或衛星在軌道飛行器的有效載荷艙內被載入空間，隨后又由若干臺輔助火箭發動機將它從軌道飛行器發射到它自己的軌道。

通訊衛星是一種重要的空間飛行器，它用作為被發射的信號的轉發站。地面站把電視、電話、數據或其他信號發送到通訊衛星，隨后通訊衛星又把這些信號放大或變換后轉發到另一個地面站。地面站是整個系統的一個關鍵組成部分，而把衛星地面站的成本降到最低限度在商業上是十分重要的。盡可能降低衛星地面站的成本的一種途徑是把通訊衛星置于與衛星地面站相對固定的某一空間位置，以使衛星地面站的發射和接收天線能保持固定不動并指向通訊衛星所在的空間位置，從而使地面站天線不需要那些用來連續地對準相對于地面站運動的衛星所需的跟蹤電子設備和隨動機構。雖然上述方法能把衛星地面站的成本降到最低程度，但是這卻帶來了對衛星控制系統要求的復雜性。

存在唯一的一條能保持衛星位于所選定的地球上某一位置上空的衛星軌道。此軌道稱為地球同步軌道，或稱為對地靜止軌道。在此軌道上，衛星以正確的高度和速度的組合進行運動，以便當在地球旋轉時使衛星保持在與地面站相對固定的位置上。如果沒有外力作用在衛星上，并使衛星趨于偏離地球同步軌道上其固定位置，那么衛星在地球上空似乎保持靜止不動，同時可以采用固定的衛星地面站天線。例如，由太陽或月球的引力引起的外力就會使衛星偏離它與地球同步的固定位置。作用在衛星上非對稱區的太陽風的力會引起衛星旋轉，并指向與衛星起始所處的方向不同的方向。因此，即使衛星順利地進入與地球相對靜止的地球同步軌道，也必須在衛星上設置一套控制系統以補償外力，并使衛星精確地保持在對準固定的衛星地面站天線的準確位置上。

衛星由航天飛機或一次使用的火箭送入空間后，再由一臺稱為近地點發動機的推進器將衛星送入大偏率橢圓軌道。當此橢圓軌道與地球同步軌道所要求的高度相交時，另一臺稱為遠地點發動機的推進器點火起動，使衛星進入圓形地球同步軌道。一旦衛星進入地球同步軌道，就可以用較小的推進器使衛星精確地位于所期望的軌道位置，并具有合適的方位。以上僅介紹了地球同步軌道上的一種通訊衛星的情況，然而，同樣的原理也適用于低地球軌道、極軌道、傾斜軌道等軌道上其他類型的衛星。

不管選擇什么樣的軌道，都必須在空間飛行器上設置控制其相對于所期望的軌道上的位置的姿態和軌道位置的裝置，以修正相對于所期望位置的微小偏差。如上所述，必須精確保持地球同步軌道上通訊衛星的姿態和位置，以保證衛星與地面間的通訊聯系不至中斷。

因而，空間飛行器應裝有它自己的內裝控制系統，包括那些能以各種模式推動空間飛行器的推進器。在此控制系統中，有兩種，也可能三種，推進器的控制模式。這些推進器可以相對于地球或其他參考點來控制空間飛行器的姿態或方位。假如空間飛行器偏離軌道上它所期望的位置，那么這些推進器還可以在南北向或東西向改變空間飛行器的位置，這稱為保持位置的機動動作。這種控制系統還可以提供推力，以把空間飛行器移動到地球上空略為不同的高度上的某一軌道上。

在現行空間飛行器中，雖然在其上不同位置裝有多臺推進器，可以以不同的組合使它們起動工作，以達到所期望的控制運動，但是這些用以姿態控制和位置保持的推進器都是同一類型的。通常，姿態控制需要比較經常而暫短的推力脈沖，而南北向和東西向的位置保持及軌道變更則需要非經常性的、但卻時間較長的推力脈沖。

為進行空間飛行器姿態控制和位置保持，已研制出了兩類液體推進劑推進器。在單組元推進劑推進器中，由諸如肼之類的燃料通過諸如銥之類的催化劑使燃料分解成熱氣態混合物，進而生成熱燃氣，然后再將燃氣引入噴管以提供推力。在雙組元推進劑推進器中，由諸如肼或比肼稍低能的一甲基肼之類的燃料與諸如四氧化二氮之類的氧化劑進行反應而生成熱燃氣，隨后將燃氣引入噴管以提供推力。從燃料的能量潛力和推進器設計方案的角度來考慮，由于單組元推進劑推進器非常簡單，所以這類推進器最適用于那些小型、廉價的衛星。由于雙組元推進劑推進器的效率較高，所以這類推進器最適用于較大衛星的控制，因而需要裝載較多推進劑的場合。用于控制系統的專用推進器的選擇取決于空間飛行器的具體用途。