專利名稱：裝有磁矩和空氣動(dòng)力矩發(fā)生器的人造衛(wèi)星及該衛(wèi)星的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及備有可同時(shí)產(chǎn)生磁矩和空氣動(dòng)力矩裝置的人造衛(wèi)星，以及控制這種衛(wèi)星的方法。
本發(fā)明可能更接近于其申請(qǐng)?zhí)枮?304953的法國(guó)專利主要內(nèi)容，所述申請(qǐng)描述的是一種裝有空氣動(dòng)力學(xué)定位導(dǎo)向裝置的人造衛(wèi)星而且該衛(wèi)星沿低軌道或極低軌道運(yùn)行，也就是說(shuō)衛(wèi)星的軌道高度或者如果是橢圓軌道的話就是指遠(yuǎn)地點(diǎn)，對(duì)于地球來(lái)說(shuō)低于600km(公里)。還可想象為，本發(fā)明能應(yīng)用于其它一些行星，不過(guò)，條件是這些行星要有大氣層。實(shí)際上，高層大氣的稀薄氣體(對(duì)于地球來(lái)說(shuō)它主要由原子氧組成)可以對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。可利用這種狀況的空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置主要由一些旋轉(zhuǎn)板構(gòu)成，這些旋轉(zhuǎn)板適合于利用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大或小些的截面正對(duì)氣流時(shí)實(shí)現(xiàn)定向或者說(shuō)定向之后可給氣流提供一種可變的傾斜流逝方向。不論氣流方向如何都能產(chǎn)生隨旋轉(zhuǎn)板所處位置及其定向情況而變化的力矩。因而就能達(dá)到調(diào)節(jié)衛(wèi)星定向用來(lái)防止各種攝動(dòng)的影響使儀器設(shè)備或探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)或者使光生伏打電池對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。
空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了推進(jìn)器或通常用于移動(dòng)衛(wèi)星或者使衛(wèi)星定向的同類裝置所要消耗的“愛(ài)爾高”火箭燃料(ergol)，但是它們?nèi)匀幌囊恍┤剂现苯佑糜隍?qū)動(dòng)或間接用于補(bǔ)償它們所造成的拖拽效應(yīng)。因此，在衡量這些裝置的同時(shí)可考慮減少其數(shù)量或減少它們的使用。
本發(fā)明的指導(dǎo)思想是把空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置與其它一些裝置，即磁耦合器或磁偶發(fā)生器相配合，它們由光伏(電池)以再生能的形式供電而且這些裝置都具有能在周圍磁場(chǎng)的存在下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的能力，這類磁場(chǎng)比如是地磁場(chǎng)，依據(jù)的公式為C＝M^B，其中C是用牛頓-米表示的力矩，M是以安匝/平方米表示的磁矩而B(niǎo)是以特斯拉(T)表示的磁場(chǎng)。從這個(gè)公式可得出的不利結(jié)論是，將不會(huì)產(chǎn)生圍繞周圍磁場(chǎng)方向的力矩。正是針對(duì)這種特殊的原因，人們才求助于空氣動(dòng)力學(xué)的導(dǎo)向裝置，盡管這些導(dǎo)向裝置也能作為圍繞其它軸產(chǎn)生磁力矩的補(bǔ)充設(shè)備。
人們還知道一些這樣的衛(wèi)星，在這類衛(wèi)星上磁耦合器或者單獨(dú)使用或者與定向系統(tǒng)相互補(bǔ)充而加以利用，所說(shuō)的定向系統(tǒng)比如有反作用輪或當(dāng)其達(dá)到飽和程度時(shí)的動(dòng)力輪，但是似乎可以這樣講，除非在以前或最近由同一發(fā)明人所提及的范圍內(nèi)，還從來(lái)沒(méi)有人提出過(guò)可定向的空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置。
空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置產(chǎn)生圍繞衛(wèi)星兩個(gè)主軸的力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)，其方向可根據(jù)衛(wèi)星軌道位置相對(duì)地磁場(chǎng)或所考慮的行星磁場(chǎng)而加以選擇。磁耦合器可圍繞衛(wèi)星三個(gè)主軸產(chǎn)生磁矩。在那種情況下定向系統(tǒng)將配備一些協(xié)助性的裝置，但這些裝置不是多余無(wú)用的，因?yàn)檠剀壍肋\(yùn)行和按不變方向定向的衛(wèi)星相對(duì)磁場(chǎng)來(lái)說(shuō)不會(huì)是固定的方向，使得磁耦合器作用在每一圈都有用，如此有利的是，即使某些作用較小最好也要把它們用到導(dǎo)向裝置上。
概括地說(shuō)，本發(fā)明以最普通的方式涉及了人造衛(wèi)星，其特征在于該衛(wèi)星裝有可圍繞三個(gè)衛(wèi)星主軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的磁發(fā)生器；還裝有旋轉(zhuǎn)式外板用于根據(jù)衛(wèi)星的類型和衛(wèi)星軌道提供圍繞兩個(gè)主軸的空氣動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，這要隨著與磁發(fā)生器有關(guān)的控制規(guī)律而變化而且所有的板都是用來(lái)使它們產(chǎn)生可變的力矩；本發(fā)明還涉及對(duì)于圍繞有大氣層和磁場(chǎng)的某一行星的這類軌道中的衛(wèi)星可采用的方法，其特征在于該方法主要就在于周期性地測(cè)量和估算行星相對(duì)于衛(wèi)星主軸的磁場(chǎng)并計(jì)算由磁發(fā)生器和外板圍繞主軸所要產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
下面就借助幾幅非限定性的描述附圖用幾個(gè)實(shí)施例而更加準(zhǔn)確地?cái)⑹霰景l(fā)明-

圖1表示的是一種磁耦合器系統(tǒng)，-圖2表示出了本發(fā)明所適用的特定軌道上的衛(wèi)星，-圖3表示適于沿另一種軌道運(yùn)行的一種不同的衛(wèi)星，-圖4表示與前面相類似的可在第三種軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，-圖5描繪了空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置的控制，-圖6是表示導(dǎo)向裝置控制的曲線示意圖，以及-圖7則描繪了空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置的裝配情況。
圖1表示出一些其結(jié)構(gòu)完全相似的磁耦合器1、2和3而且它們都是由一個(gè)圓柱形鐵磁性鐵心4構(gòu)成的，有兩個(gè)電繞組5和6纏卷在該鐵心4上。繞組5和6與電池組7相連，電池組7又由光生伏打電池8供電，該電池插在衛(wèi)星上朝向太陽(yáng)的板上。磁耦合器1、2和3的鐵心4分別沿著衛(wèi)星的三個(gè)主軸X、Y和Z取向，它們之間彼此都互相垂直。
電繞組5和6一次主要只使用一個(gè)，而另一個(gè)起補(bǔ)充作用而且在第一個(gè)有損壞的情況下提供備用。當(dāng)電流流經(jīng)電繞組5和6時(shí)，在相關(guān)鐵心4的軸向中就產(chǎn)生表現(xiàn)為雙極磁矩 的磁場(chǎng)。于是在沿鐵心4中產(chǎn)生一種機(jī)械力矩 正好與周圍磁場(chǎng) 的方向成一直線，依據(jù)的公式是前面提到的 該力矩傳動(dòng)給衛(wèi)星，鐵心4都是固定在衛(wèi)星上的，以便使衛(wèi)星整體轉(zhuǎn)動(dòng)。值得注意的是，這些磁耦合器1、2和3在其鐵心4沿周圍磁場(chǎng) 定向后就不再起作用了。
在圖2上表示出了一個(gè)載有磁耦合器1、2和3的衛(wèi)星10A，必須要把它們安裝在衛(wèi)星10A的中心主體部分11中，從中伸出兩個(gè)側(cè)翼板12和13，這兩個(gè)翼板是當(dāng)衛(wèi)星10A脫離發(fā)射火箭及進(jìn)入軌道時(shí)展開(kāi)的。兩個(gè)翼板12和13是相似的，并排列在中心主體11兩側(cè)排成一直線而且它們還在與主體隔開(kāi)一定距離的地方裝有太陽(yáng)能板14，該板上裝有光生伏打電池8(這是前面提到過(guò)的)，然后翼板上還裝有空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置15，它由一個(gè)中心板16和兩個(gè)端板17和18構(gòu)成，它們把中心板圍在里邊。實(shí)際上端板17和18是一些半塊板，其轉(zhuǎn)動(dòng)是圍繞翼板12與13延伸部位中的一個(gè)軸協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行的，在這兒，此軸對(duì)應(yīng)的是衛(wèi)星10A俯仰軸Y而中心板16繞同一個(gè)軸與上述半塊板無(wú)關(guān)地單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)軸是由可支撐板的一些空心軸(中空軸)作成的，而且空心軸又以從太陽(yáng)能板14一端伸出的固定支承軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這種簡(jiǎn)單的機(jī)械系統(tǒng)在圖7上表示出來(lái)了。固定軸標(biāo)注為25，外板16至18的中空軸分別標(biāo)注為26至28；用29表示的是桿，這種桿在中心板16的邊緣之外把端板17和18連接起來(lái)；用30表示軸承，這些軸承可使中空軸26和28用中空軸29支承；用31表示可使中空軸27由中空軸26支承的軸承；用32和33表示電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)中空軸26和27，因而分別使中心板16單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)也使端板17和18轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠在太陽(yáng)板14上。
導(dǎo)向裝置板16至18彼此對(duì)稱地安裝在翼板12和13上，它們的相應(yīng)尺寸都是相同的并且都用前述的獨(dú)立系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
最后必須指出的是，中心板16的表面積與端板17和18表面積的和相等。
衛(wèi)星10A沿軌道A運(yùn)行，滾動(dòng)軸X與該軌道相切并按衛(wèi)星行程的相反方向定向。左右(側(cè)滾)擺動(dòng)(偏航)軸Z在A軌道面上并與地球中心(地心)的T方向相反。因此俯仰軸Y與軌道A的平面垂直，翼板12和13也垂直A軌道面而且該軸Y的指向要給出方向標(biāo)志X、Y和Z。在此情況下，A軌道是12和24地方時(shí)的太陽(yáng)同步軌道，它幾乎從地極上通過(guò)，因?yàn)檐壍烂媾c赤道面大約為100°角。地磁場(chǎng)B那時(shí)差不多與軌道面平行，大約成20°角左右。這一結(jié)果適用于所有準(zhǔn)極性軌道。
可以看到圍繞X軸的滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)是能夠控制的，方法是選擇性地改變翼板12和13中一個(gè)的中心板16或端板17與18的方向而且還要使另一個(gè)翼板13或12上相似的板產(chǎn)生相應(yīng)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，起初是從所有板都處在平行于與軌道1相切的平面的平面內(nèi)的中間位置開(kāi)始的。這樣所引起的稀薄空氣的阻力增大表現(xiàn)為沿左右擺動(dòng)(偏航)軸Z的在相反方向上偏離中心的力，而且其力(值)的大小與傾斜度的大小有關(guān)。沿橫向滾動(dòng)軸X的阻力也產(chǎn)生了，這些力沒(méi)有產(chǎn)生力矩，因?yàn)樗鼈兿嗟炔⑶沂窍嗤较虻菍?duì)衛(wèi)星10A有制動(dòng)作用并且必需使用一些能量以便保持衛(wèi)星具有所要求的速度，這就說(shuō)明，人們最好不要濫用這種裝置?？墒侨绻藗冏屢戆?2和13中僅僅一個(gè)上的導(dǎo)向裝置板16、17和18沿著從這些板(在軌道A平面內(nèi))的中間位置開(kāi)始的相反方向偏移相等的角度，產(chǎn)生了繞偏航軸Z的轉(zhuǎn)動(dòng)因?yàn)橹粡脑撘戆?2或13的一側(cè)制動(dòng)衛(wèi)星，而沒(méi)有任何其它轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，因?yàn)橹行陌?6的表面積與端板17和18的總表面積相等，因此沿偏航軸Z的力將它們自己抵銷了。因而空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置15可以把橫向滾動(dòng)和偏航轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給衛(wèi)星10A。俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)將單獨(dú)由磁耦合器來(lái)完成，這往往是可能的因?yàn)楦┭鲚S10(橫軸)垂直于或者說(shuō)幾乎垂直于地磁場(chǎng)B的方向，不論衛(wèi)星10A在軌道A上的位置如何。磁耦合器1，2和3也能根據(jù)衛(wèi)星10A的位置產(chǎn)生大小可變的滾動(dòng)和偏航力矩由于磁作用而產(chǎn)生的偏航力矩在極地上幾乎為零，滾動(dòng)(縱向)力矩在軌道A升、降交點(diǎn)處也幾乎為零，而且兩種力矩將在中間緯度地區(qū)順利地重新產(chǎn)生；空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置15的作用將對(duì)減少的磁力矩進(jìn)行補(bǔ)充。
現(xiàn)在來(lái)討論圖3，該圖表示出一個(gè)衛(wèi)星10B，其裝置適用于沿6和18地方時(shí)(local time)的太陽(yáng)同步軌道運(yùn)行。軌道B還是準(zhǔn)極性的并且對(duì)赤道面成大約100°的傾斜。這種情況與前面所述的沒(méi)有本質(zhì)上的不同，而且也看到一個(gè)中心主體11，它上面伸出翼板12和13，這兩個(gè)支翼都帶有前述相似的空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置以便保證衛(wèi)星10B的滾動(dòng)和偏航擺動(dòng)。主要差別就在于裝有附加的翼板19和20，上面裝有代替了太陽(yáng)板14的太陽(yáng)板21。附加翼板19和20是沿著偏航軸Z伸展的，而太陽(yáng)板21沿俯仰軸Y方向定向并朝向太陽(yáng)，其方向幾乎垂直于軌道面，與前述實(shí)施例正相反。
在圖4上描述的正是處在赤道面中的軌道C。衛(wèi)星10B裝有與前述實(shí)施例相同的翼板12、13、19和20，也就是說(shuō)第一類只帶有導(dǎo)向裝置板16、17和18而另一類則帶有太陽(yáng)板21。不過(guò)，導(dǎo)向裝置板16，17和18是沿偏航軸Z伸展的并且在俯仰軸Y中被操縱引向，而對(duì)于太陽(yáng)板21來(lái)說(shuō)則完全相反。對(duì)于這樣一種軌道，能產(chǎn)生圍繞滾動(dòng)軸X和偏航軸Z的磁矩，但是實(shí)際上圍繞大致與地磁場(chǎng)平行的俯仰軸Y沒(méi)有產(chǎn)生力矩。然而空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置15在此可以產(chǎn)生圍繞俯仰軸Y和滾動(dòng)軸X的力矩，方式是以前述實(shí)施例中相同的方式使導(dǎo)向裝置傾斜。因而對(duì)于這后一種(縱軸X)軸來(lái)說(shuō)將存在兩種定向裝置的協(xié)調(diào)問(wèn)題，這可在首先使用磁耦合器時(shí)得到解決，其原因是為了節(jié)約上述的燃料。
下面就來(lái)描述各種不同裝置的控制方式。具體地說(shuō)，人們使用了一種導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(信息處理機(jī))它的作用是調(diào)節(jié)向磁耦合器1、2和3以及電機(jī)32和33的輸入電流，而且它與軟件一起工作，該軟件可隨時(shí)計(jì)算地磁場(chǎng) 相對(duì)衛(wèi)星10的方向。為此，衛(wèi)星可裝載一個(gè)磁強(qiáng)計(jì)可提供這種測(cè)量當(dāng)然它還能模擬磁場(chǎng)方向，這是根據(jù)其相對(duì)衛(wèi)星10主軸隨時(shí)間而變化的分量而定的，也就是說(shuō)是隨著軌道行程而變化的。人們假定沒(méi)有任何明顯的定向偏差出現(xiàn)而且還假設(shè)滾動(dòng)軸(縱軸)、俯仰軸(橫軸)和偏航軸都與軌道相切并處在相對(duì)所述軌道不變的位置。
地磁場(chǎng)的模擬實(shí)例已經(jīng)用在了有另一種功能(降低慣性輪飽和度)的SPOT衛(wèi)星上，該實(shí)例，按照?qǐng)D2，對(duì)于太陽(yáng)同步軌道由下面一些公式給出Bx≈-B0·cosω0tBy≈0Bz≈-2B0·sinω0t，
其中B0是所考慮高度時(shí)的地磁場(chǎng)值，(600km時(shí)2.5×10-5特斯拉)，而ω0t是以上升交點(diǎn)為起始點(diǎn)時(shí)衛(wèi)星10對(duì)軌道的角位置。這種模型相當(dāng)不精確，因?yàn)樗驳眉僭O(shè)軌道和磁場(chǎng)完全是兩極化的。必須采用補(bǔ)充協(xié)調(diào)方式模擬磁場(chǎng)(n＝3和n＝5)以便達(dá)到實(shí)際上相當(dāng)小的誤差，約為1％。而只采用該第一種協(xié)調(diào)時(shí)則為20％至30％。
如果在這些條件下，由磁耦合器1、2和3所產(chǎn)生的雙極磁矩值為Mx、My和Mz，在三個(gè)主方向中產(chǎn)生的磁力矩由下列方程式給出 在衛(wèi)星10上產(chǎn)生的總力矩C＝CM+CA是磁力矩和空氣動(dòng)力矩的矢量和。該方程式可針對(duì)每個(gè)軸進(jìn)行分解(Cx＝CMx+CAx；Cy＝CMy+CAy；Cz＝CMz+CAZ)，而且正如已經(jīng)描述的那樣，圍繞俯仰軸Y的空氣動(dòng)力矩CAy為零，也就是說(shuō)CMY＝CY。另外，因?yàn)槿藗円罂諝鈩?dòng)力矩的總值應(yīng)盡可能小，所以就希望矢量 和 是垂直的，并由此推導(dǎo)出下列關(guān)系式，這些關(guān)系式最終可給出CMX和CMZ 即CMx·Bx+CMy·By+CMz·Bz＝0其中CMxBx+CMzBz＝-CyBy·以及 其中 即(CMx-Cx)·(-Bz)+(CMz-Cz)·Bx＝0還必須是總的雙極磁矩 要同時(shí)與 及 正交，以便使磁耦合器1、2和3的作用最有效，即 而且最后為 其中D＝Bx2+Bz2，而且B.C＝BxCx+3yCy+BzCz在這些條件下，滾動(dòng)和偏航導(dǎo)向裝置將可以用來(lái)產(chǎn)生空氣動(dòng)力矩 比如[CA→]=Bx0Bz[B→.C→D]---(II)]]>根據(jù)這些標(biāo)記和圖1，其鐵心4與X、Y和Z軸排成直線的磁耦合器1、2和3分別產(chǎn)生磁矩Mx、My和Mz。
如果現(xiàn)在選用圖5的標(biāo)注，即，用于描述空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置15外板搖擺的θ1至θ4，擺動(dòng)是從相應(yīng)于導(dǎo)向板在軌道面中的延伸部分的中間位置開(kāi)始的，其中i＝1和i＝3是分別對(duì)于翼板13和12的端板17和18而說(shuō)的，而i＝2和i＝4是分別對(duì)翼板13和12的中心板16而用的，在圖5的表示中，取θ1和θ4為正而θ2和θ3為負(fù)， 是用來(lái)描述氣體原子對(duì)衛(wèi)星10和導(dǎo)向裝置板的入射速度的，Vr描述在其中一個(gè)板上的反射原子的速度(它與角θi有關(guān))，ρ表示大氣密度，S表示一個(gè)板的表面積，推動(dòng)力 是在導(dǎo)向板上由氣體質(zhì)量dm在時(shí)間dt內(nèi)產(chǎn)生的，它等于 ，或者該推動(dòng)力垂直于外(導(dǎo)向)板，F(xiàn)dt＝dm·2V·sinθi。V表示入射速度Vi的矢量模，即 。另外還假定氣體原子的反射是鏡面反射，也就是說(shuō)，反射粒子的速度矢量 與它所離開(kāi)的外導(dǎo)向板成θi角，這對(duì)應(yīng)的是彈性碰撞的情況，在這種情況下動(dòng)能沒(méi)有衰減并且 等于V。這些情況在實(shí)際情況下或多或少都要考慮，如果外導(dǎo)向板都覆蓋一種堅(jiān)硬體比如氧化鉻的話，該氧化鉻還有較好的抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。我們回想到中心導(dǎo)向板16的表面積等于同一個(gè)翼板12或13的端板17和18的面積之和。這個(gè)表面積記為S/2，而l表示衛(wèi)星10慣性中心與中心板16的中心之間的距離。
然而氣體在面積為S/2的導(dǎo)向板上面的質(zhì)量流等于 ，它也由表示式 給出，這又可推導(dǎo)出公式 最后我們就可以推導(dǎo)出所要利用的空氣動(dòng)力學(xué)力矩CAx=2pSV2lΣi=14sin2θi2|sinθi|]]>CAy＝0CAz=2pSV2lΣi=14(-1)i|sinθi|3,]]>現(xiàn)在我們想要得到減小的空氣動(dòng)力學(xué)力矩例如CAx=CAxK+Bx.(B→.C→)D.K]]>其中K＝2ρSV2e， (III)Caz=CazK+Bz.(B→.C→)D.K]]>也就是說(shuō)Cax=Σi=14sin2θi2|sinθi|]]>以及Caz=Σi=14(-1)i|sinθi|3,]]>其中的標(biāo)注用“a”代替了“A”而且它們僅僅從此以后才被考慮。
對(duì)于每個(gè)導(dǎo)向板來(lái)說(shuō)，升力和阻力系數(shù)可以分別估算為2sin2θ|sinθ|和4|sin3θ|。這后兩項(xiàng)之和最好應(yīng)該經(jīng)常保持較小。
因此我們主張應(yīng)用如下可得出角θi的規(guī)則1°)如果Cax≠0，也就是說(shuō)大于10-4的模，例如a)如果Caz≥0和0≤C2≡Caz2|Cax|3≤1,]]>同時(shí)假定X=-12+cos{[Arccos(1-2C2)]/3},----(IV)]]>|sinθ1|=|Cax|1/2[12-12(1-4X2)1/2]1/2]]>
采用有Cax符號(hào)的θ1，|sinθ2|=|Cax|1/2[12+12(1-4X2)1/2]1/2]]>采用帶有Cax符號(hào)的θ2和θ3＝θ4＝0。
b)如果Caz≥0和1≤C2，同時(shí)設(shè)定a=12[C2+(C22-1)1/2]1/3+12[C2-(C22-1)1/2]1/3,]]>及s=s2+s4=α1/2[1+(c21/2α3/2-1)1/2](avec Si=|sinθi|/|Cax|1/2),]]>那么，對(duì)于1至4的i來(lái)說(shuō)|sinθ2|=|Cax|1/22[s+s-1],----(V)]]>采用有Cax符號(hào)的θ2，以及|sinθ4|=|Cax|1/22[s-s-1],]]>采用有(-Cax)符號(hào)的θ4以及θ1＝θ3＝0c)如果Caz≤0和0≤C2≤1，選用如前面所述的X，|sinθ1|=|Cax|1/2[12+12(1-4X2)1/2]1/2]]>采用有Cax符號(hào)的θ1|sinθ2|=|Cax|1/2[12-12(1-4X2)1/2]1/2----(VI)]]>
采用Cax符號(hào)的θ2和θ3＝θ4＝0。
d)如果Caz≤0和1≤C2，采用如同前面所述的d，并且=s1+s3=a1/2[1+(C21/2/a3/2-1)1/2],]]>|sinθ1|=|cax|1/22(s+s-1),---(VII)]]>使用有Cax符號(hào)的θ1，|sinθ3|=|cax|1/22(s-s-1),]]>使用有-Cax符號(hào)的θ，和θ2＝θ4＝0。
圖6是用圖解法表示的這些函數(shù)。
2°)如果Cax≈0，也就是說(shuō)模數(shù)小于10-4例如，a)如果Caz≥0，θ1＝θ3＝0以及|sinθ2|=|sinθ4|=(Caz2)1/3]]>取θ2＝-θ4；(VIII)b)如果Caz≤0，θ2＝θ4＝0以及|sinθ1|=|sinθ3|=(Caz2)1/3]]>取θ1＝-θ3(IX)。
顯而易見(jiàn)的是，如同磁耦合器1、2和3的線圈(繞組)5和6那樣，導(dǎo)向板系統(tǒng)也是有余量的，因而當(dāng)突然出現(xiàn)意外的毀壞時(shí)它就可以繼續(xù)被利用。如果把與傾斜角θ1至θ4有關(guān)的導(dǎo)向板或各對(duì)導(dǎo)向板稱作G1至G4，人們就可提倡使用由表1所歸納的替代方法，表中給出了可用來(lái)替換那些出現(xiàn)故障的導(dǎo)向板。
表1
必須使這些導(dǎo)向裝置移動(dòng)的那些角度不僅與所求的轉(zhuǎn)矩有關(guān)而且與另一個(gè)導(dǎo)向裝置的故障位置有關(guān)，以致令人厭煩地產(chǎn)生了各種可能的情況。
必須加以補(bǔ)充的是空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置15可被用來(lái)對(duì)衛(wèi)星10起制動(dòng)的作用，因而也就對(duì)衛(wèi)星軌道有一定的校正作用。為了產(chǎn)生零的空氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩和一種與|sinθi|3成正比的總拉力，只需達(dá)到θ1＝-θ3＝θ2＝-θ4就足夠了。
這里給出的控制法則可較容易地加以修改以便適用于其它一些形式的軌道。同樣地，這里所給出的導(dǎo)向裝置的配置可以利用所有各種低軌道傾斜度衛(wèi)星。
權(quán)利要求
1.一種人造衛(wèi)星，其特征在于，它包括可繞衛(wèi)星三個(gè)主軸(X、Y、Z)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩磁發(fā)生器(1、2、3)；一些旋轉(zhuǎn)外板(16、17、18)用以產(chǎn)生圍繞其中兩個(gè)主軸(X、Z或X、Y)的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，這要依據(jù)衛(wèi)星類型和衛(wèi)星軌道隨控制規(guī)律而變化，該控制規(guī)律又與磁發(fā)生器及使其產(chǎn)生各種可變轉(zhuǎn)矩的外板有關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造衛(wèi)星，其特征在于外板都是相對(duì)于衛(wèi)星的慣性中心對(duì)稱安裝的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人造衛(wèi)星，其特征在于外板總共為兩對(duì)并且圍繞差不多是在一條直線的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人造衛(wèi)星，其特征在于，每對(duì)外板的表面積都相同而且各個(gè)外板是由一塊中心板(16)和兩個(gè)同樣的連成一體并把中心板框繞在里邊的半板(17、18)構(gòu)成的。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造衛(wèi)星的控制方法，該衛(wèi)星是圍繞一個(gè)行星的軌道運(yùn)行的并處在大氣和磁場(chǎng)中，所述方法的特征在于它主要是周期性地測(cè)量或估算行星相對(duì)衛(wèi)星主軸的磁場(chǎng)(B)，而且該方法還在于計(jì)算由磁發(fā)生器和外板圍繞主軸所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造衛(wèi)星的控制方法，其特征在于該方法主要是計(jì)算由磁發(fā)生器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)于磁發(fā)生器來(lái)說(shuō)由外板產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩總的綜合值最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造衛(wèi)星的控制方法，其特征在于衛(wèi)星沿準(zhǔn)極性軌道運(yùn)行，而且還在于，由外板產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是滾動(dòng)力矩和偏航轉(zhuǎn)矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造衛(wèi)星的控制方法，其特征在于衛(wèi)星沿赤道軌道運(yùn)行并且由外板產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是俯仰轉(zhuǎn)矩和橫滾轉(zhuǎn)矩。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人造衛(wèi)星的控制方法，其特征在于控制外板的方式是使大氣產(chǎn)生的阻力達(dá)到最小。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人造衛(wèi)星的控制方法，其特征在于磁矩是按照公式(I)而產(chǎn)生的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的人造衛(wèi)星的控制方法，其特征在于磁矩是按照公式(I)產(chǎn)生的并且外導(dǎo)向板都是按照公式(III)、(IV)、(V)、(VI)、(VII)、(VIII)和(IX)而控制的。
全文摘要
低軌道人造衛(wèi)星的定向方法及系統(tǒng)。把空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置與磁耦合器(1、2、3)結(jié)合起來(lái)了，空氣動(dòng)力學(xué)導(dǎo)向裝置由于高層大氣可引起衛(wèi)星沿兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而磁耦合器可借助地磁場(chǎng)產(chǎn)生沿三個(gè)主軸的俯仰、橫滾和側(cè)滾(偏航)的轉(zhuǎn)動(dòng)。人們可以達(dá)到很高的精度使衛(wèi)星定向而無(wú)需消耗大量的能源。還給出了一些控制規(guī)律。
文檔編號(hào)B64G1/24GK1148836SQ95193154
公開(kāi)日1997年4月30日 申請(qǐng)日期1995年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月30日
發(fā)明者P·杜喬恩 申請(qǐng)人:法國(guó)國(guó)家太空研究中心