太陽輻射圧を利用した人工衛星の姿勢制御

利用太阳辐射压对人造卫星进行姿态控制

• 批准号: 03650055
• 负责人: 片山 忠一
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 1992
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03650055/
• 关键词: 人工衛星; 姿勢制御; 太陽輻射圧; 安定性; 柔軟付属物; 光圧板

大型の太陽電池パドルなどを太陽輻射圧を受ける光圧板として使い、光圧板の角度を変えることによって太陽輻射圧によるトルクの方向と大きさを調整し、衛星の姿勢制御を行うことを検討した。光圧板の柔軟性は、光圧板と衛星本体の間のヒンジを粘弾性ヒンジとすることで代表させた。まず、光圧板の柔軟性を無視し、光圧板を剛体として扱った場合の衛星の挙動について考察した。衛星本体の慣性モーメント比とスピンレート比をパラメータに衛星の姿勢制御の安定図を作成した。安定領域近傍のパラメータ点において、衛星の姿勢変化に及ぼす各パラメータの影響を確認した。次に、衛星の姿勢制御に及ぼす光圧板の柔軟性の影響を考察した。光圧板のパラメータとして、ヒンジの回転バネの剛性パラメータと圧力中心パラメータをとり、安定図を作成した。光圧板の圧力中心の位置がヒンジから遠くなるにしたがって、衛星が安定であるために必要なバネ剛性の下限値が大きくなることが分かった。回転バネの剛性の違いによる衛星の挙動を比較した結果、光圧板の柔軟性により衛星姿勢の不安定化が誘発されるケースのあることが見出された。一つは、粘弾性ヒンジのバネ剛性が小さ過ぎて光圧板が倒れてしまい、制御トルクを得ることが不可能になってしまうケース、もう一つは、ダンパーの減衰比が小さい時、バネ剛性が大きくなるにつれて、衛星の姿勢に対して外乱となる非対称不規則振動が光圧板に発生したケースである。太陽輻射圧トルクを利用して光圧板の振動を制御することを提案した。太陽輻射圧トルクによる衛星の姿勢制御の効果の少なかったケースに対して、光圧板の振動制御を併用することによって姿勢安定性が向上することを示した。とくに光圧板の減衰が小さいために起こる姿勢不安定に対して有効であると思われる。

我们考虑使用大型太阳能电池桨作为接收太阳辐射压力的光压板，并通过改变光压板的角度并控制卫星的态度来调整由太阳辐射压力引起的扭矩的方向和大小。光压板的灵活性由光压板和卫星体之间的铰链表示为粘弹性铰链。首先，我们讨论了当将光焦板视为刚体时的卫星行为，而忽略了光接板的柔韧性。卫星态度控制的稳定性图是使用卫星本身作为参数的惯性矩和自旋速率比创建的。确认了每个参数对稳定区域附近参数点的方向变化的影响。接下来，我们检查了光载体板对卫星态度控制的灵活性的影响。作为光压板的参数，捕获了铰链旋转弹簧的刚度参数和压力中心参数，并创建了稳定图。已经发现，随着光载体板的压力中心的位置离铰链较远，卫星稳定所需的弹簧刚度的下限会增加。比较由于旋转弹簧的刚度差异而引起的卫星行为，发现在某些情况下，光压板的柔韧性会引起卫星态度的不稳定。一种情况是，粘弹性铰链的弹簧刚度太小，导致光压板塌陷，从而无法获得受控的扭矩。另一种情况是，当阻尼器衰减并增加弹簧刚度时，会产生光压板，从而导致不对称的不规则振动，这对卫星的态度受到干扰。已经提出使用太阳辐射扭矩来控制光压板的振动。已经表明，可以通过使用光压板的振动控制以及使用太阳辐射压力扭矩较小的卫星态度控制效果来改善态度稳定性。由于光载体板的衰减较小而发生的姿势不稳定性特别有效。