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卫星姿态动力学与控制(4)

发布时间:2019-07-21 00:34 来源:未知 编辑:admin

  卫星姿态动力学与控制(4)_天文/地理_自然科学_专业资料。卫星姿态动力学与控制 ( 4) 汇报人: 2018年11月16日 冷气推进系统 单组元推进系统 喷气式控制 双组元推进系统 电推进 推进系统设计 推进系统实验 飞轮系统基础 惯性控制

  卫星姿态动力学与控制 ( 4) 汇报人: 2018年11月16日 冷气推进系统 单组元推进系统 喷气式控制 双组元推进系统 电推进 推进系统设计 推进系统实验 飞轮系统基础 惯性控制 飞轮机构 飞轮机构实验 其他执行机构 其他机构 太阳电池阵驱动机构和天线指向机构 推力 比冲ISP C* Cf 排出气体作用在推力器上的合力 推力与推进剂质量的比值m/s 火箭发动机燃烧室性能度量 总压力能被加速最大排出效率 推进系统种类 冷气推进系统:推进剂不发生化学反应而直接经过喷管加速 后喷出。 ? 压缩式气体推进系统 ? 气化式冷气推进系统 ? 蓄压式冷气推进系统 液体无水肼 (H2NNH2) 蓄压器 N2,H2,NH3 电磁阀 加热或催 化分解 喷管 与无水肼系统组成一个复合推进系统, 共用一个供应系统,提供高、低两种推力。 系统组成 温度传感器 压力传感器 压缩式气体推进系统 高压气瓶 加注/排放阀 隔离阀 过滤器 减压、稳压装置 试验接口 压力传感器 电磁阀 电磁阀 安全阀 压力传感器 压力传感器 喷管 喷管 推进剂 21MPa 时的密 度 18.69 37 186.89 369.17 气体 推进剂 氢气 氦气 氖气 氩气 相对分 子量 2.02 4.0 20.2 39.9 比热 1.4 1.67 1.67 1.67 沸点 /℃ -252.2 -268.9 -246 -185.7 熔点 /℃ -259.0 -270.7 -248.6 -189.2 比冲/ 有效比冲/ (N.S/kg) (N.S/kg) 2579 1620 720 513 142 167 264 274 氪气 氮气 83.8 28.0 1.67 1.4 -63 -147 -157.1 -210 354 693 250 309 775.35 259.07 有效比冲 推进剂无毒害 良好的化学性 制备保存简单 羽流效应不产生污染 联氨 分解产生N2、NH3、H2 无色、油状液体 高温、催化剂 (AL2O3、金 属铱、铜等) 卤素、过氧化氢等强氧化剂作用能自燃 参考因数:可靠性、寿命、使用历史、比冲、安全性和成本 成熟、可靠、成本低 适用于中小卫星 正常模式 自旋 20N 肼——高温燃气——加热提高温度 完美的提高比冲 肼气体发生器 特殊模式 三轴 1—5N 肼——高温燃气——蓄压罐保存 完美的降低推力 是指由氧化剂和燃烧剂两种不同工质作推进 剂组成的推进系统。 氧化剂 燃烧剂 四氧化二氮(NTO);绿色四氧化二氮 (MON-x);硝酸(RFNA);过氧化氢 甲基肼(MMH);偏二甲肼(UDMH);无水 肼;混肼(AZ-50) 双组元 NTO/MMH 相对分 子量 46.075 比冲/ (N.S/kg) 3322 理论混合比 2.3 燃烧温度 3194 点火特性 自燃 为大推力而生 ? 性能高 ? 入轨精度高 ? 控制冲量重复性好 ? 适应性强 电推进(约50000N.S/kg)把外部电能转换为推 进剂喷射动能,也就是说电推进的动力能源来自电能, 而化学推进的能源来自化学能。 太阳光伏 电池列阵 太阳能 发电装置 空间核电 装置 化学能 元 能源系统 储 能 单 能源管理与分配系统 电 源 推力 处 理 单 元 电推进系统 电推力器 推进剂 排气 2015年3月,猎鹰9火箭发射了 两颗全电推进的通信卫星。 502所专家展示新一代离 子发动机。加速度可达 30公里/秒 电阻加热肼推力器 电弧加热式肼推力器 静电场 点火器电极, 形成高压放电 等离子体推力器(SPT) 静电场 离子电推进器(Ion thruster) 利用电场和磁场交互作用 脉冲等离子推进器(PPT) 推进剂:氙、氩等气体 等离子体化:电弧放电 磁场:电弧形成电流产 生环形磁场 磁等离子体推力器(MPDT) 又称角动量轮,航天器中惯性执行部件。 动量轮分类 固定安装动量轮 控制力矩动量轮 框架动量轮 转速大小和转子轴 向均可改变 改变转速大小 改变转子轴的方向 zb hz hs ? ? hx ? yb hy xb 偏置动量轮组成的整星 零动量方案 H0≈0 螺旋机构操纵的偏置动向轮 H0?Ht 角动量 N.m.s 反作用飞 轮 偏置飞轮 质量 kg 转速 r/min 稳态功耗 W 稳定方式 0.5~20 20~200 3~10 9~24 ±3000 额定 3000~6000 3~5 5~25 H0≈0 H0?Ht 比较项目 控制力矩陀螺 框架飞轮 角动量 飞轮转速 三轴控制所需数量 框架角度变化 提供角动量 比较适合使用范围 200~2000N.m.s 8000~120000r/min 基本不变 单框架最少3个 双框架最少2个 ±175°或不受限制 20~200N.m.s 3000~6000r/min 额定值±20%可变 单、双框架都只用一个 ±15°~20° 零动量或者偏置动量方 式 对地或惯性空间定向的 低轨道重型航天器 仅在飞轮旋转轴方向上 的偏置动量 对地定向的地球同步轨 道卫星 单轴CMG为例 五棱锥立式布局的桁架支撑装置 磁悬浮动量球 磁悬浮储能飞轮 章动阻尼器 zb z 主动方式 敏感器 执行机构 D 磁章动阻尼 Ob O R 磁强度计 太阳敏感器 磁力矩器 y yb 喷气章动阻 尼 CMG章动阻 尼 角加速度计 肼推力器 xb x 带有管球型章动阻尼器 的自旋卫星 加速度计 CMG 主动式重力梯度杆 磁力矩器 太阳能电池阵示意图 绳索联动机构示意图 太阳翼机构是卫星的活动部件,增加了卫星的复杂性和风险性, 所以机构的设计和设计显得相当重要。 刚性折叠式太阳翼: 1、压紧和释放机构 压紧杆设计 压紧衬套设计 火工切割器 2、展开机构 铰链和绳索联动系统 3、太阳翼驱动结构 一方面驱动太阳翼 转动,一方面太阳能功率 输送。 太阳翼结构和机构设计的试验验证 1、驱动弹簧 2、联动绳索 3、关节轴承的配合游隙 4、铰链摩擦阻力 太阳星 5、连接电缆阻力 6、压紧杆加载验证 关键零 7、压紧释放功能试验 部件性 8、基板噪声 能 太阳翼展开最主要试验项目 零重力 太阳翼展 开试验 太阳翼力学 性能 为了验证太阳翼结构的设计和 分析,以及检验太阳翼产品的 工艺一致性: 1、噪声试验 2、正弦振动 1. 捕获模式:展开后捕获太阳,速率较高, 0.24~0.6°/s 2. 跟踪模式:以负角速度连续转动,对太阳跟踪, 速度根据卫星轨道角速度 3. 保持模式:电机绕组持续通电,保持力矩 4. 断电模式:电机绕组不通电,只有很小的保持力 矩 5. 增量模式:旋转正反转 6. 应急模式:自动完成捕获跟踪并保持 7. 定角模式:转到给定角度,自动转成保持模式 原子钟 原子钟,是一种计时装置,精度可以达到每2000万年才误差1秒,三 种原子钟――铯原子钟、氢微波激射器和铷原子钟,都已成功的应用于 太空、卫星以及地面控制。现今为止,在这三类中最精确的原子钟是铯 原子钟,GPS卫星系统最终采用的就是铯原子钟。 铯原子钟 铯原子钟它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的 电磁波作为标准,去控制校准电子振荡器,进而控制钟的走动。这种钟 的稳定程度很高,目前,最好的铯原子钟达到2000万年才相差 1 秒。 氢原子钟 氢原子钟是在现代的许多科学实验室和生产部门广泛使用一种精密 的时钟,它是利用原子能级跳跃时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟, 但它用的是氢原子。 铷原子钟 是所有原子钟中最简便、最紧凑的一种。这种时钟使用一玻璃室的 铷气,当周围的微波频率刚好合适时,就会按光学铷频率改变其光吸收 率。 5071A 一级铯束原子频标 稳定度:艾伦方差 0.01s ≤7.5E-11 ≤7.5E-11 0.1s 1s 10s 100s ≤1.2E-11 ≤1.2E-11 ≤8.5E-12 ≤2.7E-12 ≤1.2E-11 ≤5.0E-12 ≤3.5E-12 ≤8.5E-13 北京创宇星通科技有限公司 联系电话 公司传真 联系邮箱: 公司地址:北京海淀区学院南路68号吉安大厦A座502室 邮编编码:100081 MHM 2010氢钟 稳定度: 艾伦方差(测量带宽0.5Hz): 标准 1s 10s 100s 1.5 E-13 2.0 E-14 5.0 E-15 低相噪 8.0 E-14 1.5 E-14 4.0 E-14 CS4000铯钟、铯原子钟频率标准 FE-5652A铷钟 北京建普奇正技术发展有限公司 FE-5680A铷钟 T450 GPS北斗标准同步时钟 T460 GPS北斗低噪同步时钟 OSA3300 光抽运铯钟 频率准确度(Frequency Accuracy) ±1.0E-13 北京通测科技有限责任公司 电线 (Reproducibility) 稳定度(Stability) 1s 3E-12 10s 1E-12 100s 3E-13 1,000s 1E-13 10,000s 3E-14 100,000s 1E-14 Floor 5E-15 范围 Range: ±1.0E-9 频率精度 (Frequency 分辨率 Resolution: Settability) 1.0EWarm-up Time(预热 60 分钟 @ 25℃ 时间) 1 2 3 4 5 6 品牌 代理公司 成都天奥电子股份有 限公司 北京大学量子电子学 研究所 联系方式 028—8755 9188/8755 9293 产品型号 XRAFS星载铷原子钟 小型钙原子光钟 性能指标 ≤3*10-12/s ≤3*10-14/s 7 8 9 10 11 12 13 14 15 小型铷原子光钟 ≤1.6*10-14/s 5071A 一级铯束原子频 ≤5*10-12/s 美高森美 标(高性能版) 北京创宇星通科技 (Microsemi并购了 标准1.5*10-13/s 有限公司 公司) Symmetricom MHM 2010?氢钟 低相噪18*10-14/s 5071A 一级铯束原子频 ≤5*10-13/s 标(高性能版) 86- 标准1.5*10-13/s 深圳市儒科电子有 26070471 MHM 2010?氢钟 限公司 低相噪18*10-14/s 26070472 CS4000 铯原子频率 ≤5*10-12/s (高性能) 010FE-5680A铷钟 ≤1.4*10-12/s 北京建普奇正技术 FEI 68118120/13381370 发展有限公司 FE-5652A铷钟 ≤5*10-12/s 518 T450 GPS北斗标准同 <5*10-12/s 步时钟 010北京北斗邦泰科技有 60760678/13501137 T710-GBRO 北斗/GPS 限公司 090 铷原子钟恒温晶振(综 <5*10-12/s 合系统) 北京通测科技有限 OSA OSA3300 光抽运铯钟 ≤3*10-12/s 责任公司 西安同步电子科技 FEI FE-5680A铷钟 ≤1.4*10-12/s 有限公司 010—6275 3208

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