低轨立方体卫星姿态控制研究.pdf

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1、第39卷第2期南京理工大学学报Vo1．39No．22015年4月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyADr．2015低轨立方体卫星姿态控制研究陆正亮，张翔，WesamMohammed，廖文和(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：针对轨道高度低于300km的立方体卫星的姿态控制问题，设计了基于主动磁控制的姿态控制方案，并根据其气动外形建立了气动力矩模型，重点研究了质心与形心的相对位置对姿态控制的干扰。仿真结果表明，质心与形心的相对位置对低轨立方体卫星的

2、姿态控制精度影响很大，且轨道越低影响越明显。该结论对立方体卫星或类似外形的微小卫星的结构设计及布局有指导意义。关键词：低轨；立方体卫星；姿态控制；气动力矩；质心中图分类号：V412．4文章编号：1005—9830(2015)02—0127—06DoI：10．14177／j．cnki．32—1397n．2015．39．02．001Studyonlow-orbitCubeSatattitudecontrolLuZhengliang，ZhangXiang，WesamMohammed，LiaoWenhe(SchoolofMechani

3、calEngineering，NUST，Nanjing210094，China)Abstract：Anattitudecontrolschemewiththeactivemagnetictorqueisdesignedforthelow·orbitCubeSats(Orbitaltitudelowerthan300km)．Bymodelingtheatmosphericdrag，thedisturbancecausedbytherelativepositionbetweenthecentreofmassandcentroido

4、fthesatelliteisstudied．Simulationresultsshowthattherelativepositionhasgreatinfluenceonthepointingaccuracyoflow-orbitCubeSats，andthelowerthealtitude，thegreatertheaffect．TheconclusioninthispaperisinstructiveandmeaningfultothestructuredesignforCubeSatsorothermicro·sate

5、lliteswithsimilarappearances·Keywords：low-orbit；CubeSat；attitudecontrol；atmosphericdrag；centreofmass收稿日期：2014—01—07修回日期：2014—03—27基金项目：南京理工大学自主科研项目(30920130112001)；欧盟第七框架QB50项目作者简介：陆正亮(1990一)，男，博士生，主要研究方向：微小卫星姿态控制，E—mail：112010115@njust．edu．ca；通讯作者：张翔(1973一)，男，博士，副教

6、授，主要研究方向：微小卫星总体技术。E．mail：zhxiang2002@126．tom。引文格式：陆正亮，张翔，WesamMohammed，等．低轨立方体卫星姿态控制研究[J]．南京理工大学学报，2015，39(2)：127—132．投稿网址：http：／／zrxuebao．njust．edu．cn128南京理工大学学报第39卷第2期立方体卫星(CubeSat)，即质量为1kg、体积1．2姿态动力学模型为10cmx10cmx10cm的正立方体星，由加州理带动量装置的卫星姿态动力学方程的一般工大学和斯坦福大学于1999年定义并

7、制定该型式为卫星的设计制造标准。由于这种纳型卫星易于实J+∞×(J∞+^)=-h+T(1)现模块化，成本低，研制周期短，近年来成为全球式中：卫星的转动惯量阵为J；动量轮的角动量在各科研院校的研究热点之一¨’。本体坐标系的分量为h；∞为卫星绝对角速度在姿态控制系统设计是卫星研制的关键技术之本体系下的表达；T为星体所受力矩，包括控制力一。针对微小卫星的姿态控制系统，国内外学者开矩和环境干扰力矩。展的研究主要集中在姿态测量与控制算法上，本文忽略其他干扰力矩的影响只研究气动力对空间环境力矩研究较少且缺乏现实指导意矩对姿态控制精度的影响

8、。若在卫星俯仰轴方向义。对于低轨立方体卫星来说，气动力矩是影安装指向轨道负法向的偏置动量轮，即h=h：=响其姿态控制精度甚至决定其姿态稳定与否的最0，h=一h。同时考虑卫星在三轴稳定控制时偏航主要的环境力矩。通常在气动力矩的建模时都忽轴和滚动轴运动已为小量，卫星本体系与轨道参