一種在軌衛(wèi)星推力器溫度異常實(shí)時(shí)診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在軌衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)，具體涉及一種在軌衛(wèi)星推力器溫度異常實(shí)時(shí)診斷 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國(guó)中高軌道在軌衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)均采用雙組元統(tǒng)一推進(jìn)系統(tǒng)，10N推力器是 推進(jìn)分系統(tǒng)中提供推力的唯一執(zhí)行部件，其工作正常與否直接決定了衛(wèi)星軌道控制的成 敗?，F(xiàn)今主要通過兩種手段開展10N推力器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)：（1)通過衛(wèi)星姿態(tài)角變化進(jìn)行監(jiān) 測(cè)；（2)通過控制結(jié)束后軌道測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。上述兩種手段存在以下不足：
[0003] (1) 一般地，衛(wèi)星成對(duì)推力器的推力存在差異，正常情況下采用成對(duì)推力器點(diǎn)火也 會(huì)引起姿態(tài)波動(dòng)，并且在推力器點(diǎn)火過程中如果衛(wèi)星動(dòng)量裝置參與姿態(tài)控制，則推力器噴 氣產(chǎn)生的干擾力矩會(huì)逐漸被動(dòng)量裝置吸收，推力器異常工況無(wú)法完全反映到姿態(tài)波動(dòng)上， 因此采用姿態(tài)角變化監(jiān)測(cè)方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)引起姿態(tài)波動(dòng)與正常情況姿態(tài)波動(dòng)差異不明顯的 推力器異常工況。
[0004] (2)采用控制結(jié)束后軌道測(cè)量結(jié)果評(píng)估雖然能夠發(fā)現(xiàn)10N推力器所有異常，但缺 乏實(shí)時(shí)性。例如某通信衛(wèi)星某次軌控10N推力器發(fā)生故障，在軌道控制過程中，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài) 角進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常，但控制結(jié)束后通過軌道測(cè)量發(fā)現(xiàn)軌道未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，進(jìn)一步分 析確定是因?yàn)?0N推力器異常，后續(xù)雖然通過補(bǔ)充控制使衛(wèi)星軌道達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但是延 長(zhǎng)了衛(wèi)星的軌控時(shí)間，影響了衛(wèi)星點(diǎn)波束天線等有效載荷的正常使用。因此，需要尋找一種 方法解決10N推力器異常發(fā)現(xiàn)不及時(shí)的難題。
[0005] 10N推力器溫度是唯一可以實(shí)時(shí)全面表征推力器工作正常與否的重要參數(shù)。無(wú)論 是貯箱問題，還是10N推力器自身問題，甚至是電磁閥管路問題，其直接表現(xiàn)均為推力不穩(wěn) 定或推力減小，最終均能通過10N推力器溫度表征。此外，10N推力器溫度變化趨勢(shì)也是 反映推進(jìn)劑是否排空或變?yōu)閱谓M元的直接判據(jù)，是監(jiān)測(cè)管理壽命末期衛(wèi)星的重要依據(jù)。但 現(xiàn)今仍依靠人工對(duì)10N推力器溫度趨勢(shì)進(jìn)行判斷分析，這種方式存在以下問題：首先，面對(duì) 十二五末期上百顆在軌衛(wèi)星的局面，依靠人工不可能完成實(shí)時(shí)判斷分析；其次，這種方式得 到的結(jié)論嚴(yán)重依賴在軌監(jiān)測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)，不利于早期發(fā)現(xiàn)10N推力器的故障或性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種在軌衛(wèi)星推力器溫度異常實(shí)時(shí)報(bào)警方法，能夠在任 意時(shí)刻，對(duì)各種工況下的推力器溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)衛(wèi)星實(shí)際情況外擴(kuò)一定范圍后得到 動(dòng)態(tài)的報(bào)警門限，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌控過程中推力器的工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行推力器溫度異常 實(shí)時(shí)診斷和預(yù)警研究。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種在軌衛(wèi)星推力器溫度異常實(shí)時(shí)診斷方法，具體包括如下步驟：
[0009] 步驟一、構(gòu)建推力器溫度的物理模型：
[0010] T (t+A t) = T (t) + A T太陽(yáng)(t, t+A t) + A T推進(jìn)劑+ A T加熱器一y q (T (t))4 A t (1)
[0011] 其中，t表示當(dāng)前監(jiān)測(cè)時(shí)間，T(t)表示t時(shí)刻推力器的溫度，T(t+At)表示下一個(gè) 時(shí)刻推力器溫度的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)值，At為監(jiān)測(cè)推力器溫度的時(shí)間步長(zhǎng)；
[0012] n表示向深冷空間的熱輻射系數(shù)，y為修正系數(shù)；
[0013] AT#：w表示推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的溫度增量；
[0014] A 表示推力器的加熱器加熱產(chǎn)生的溫度增量；
[0015] A了太陽(yáng)（t，t+At)表示太陽(yáng)光照產(chǎn)生的溫度增量；
[0016] 步驟二、根據(jù)公式（1)對(duì)不同工況下的推力器溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)和參數(shù)擬合：
[0017] 工況一：推力器未點(diǎn)火、推力器的加熱器關(guān)閉，并且不受太陽(yáng)光照，推力器溫度的 物理模型為：T(t+At) =T(t) -n(T(t))4At(2)
[0018] 選擇與工況一最相近的推力器溫度的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，并代入公式（2)中確定向深 冷空間的熱輻射系數(shù)n;
[0019] 工況二：推力器點(diǎn)火、推力器的加熱器關(guān)閉，并且不受太陽(yáng)光照，推力器溫度的物 理模型為：T(t+At) =T(t) +AT推進(jìn)劑-yn(T⑴）4At(3)
[0020] 選擇與工況二最相近的推力器溫度的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，并代入公式（3)中確定參數(shù) AT#?j和修正系數(shù)以；
[0021] 工況三：推力器未點(diǎn)火、推力器的加熱器打開，并且不受太陽(yáng)光照，推力器溫度的 物理模型為：T(t+At) =T(t) +AT加熱器-n(T(t))4At(4)
[0022] 選擇與工況三最相近的推力器溫度的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，并代入公式（4)中確定參數(shù) 八T加熱器；
[0023] 工況四：推力器未點(diǎn)火、推力器的加熱器關(guān)閉，并且受太陽(yáng)光照，推力器溫度的物 理模型為：T(t+At) =T(t) +AT太陽(yáng)（t，t+At)_n(T(t))4At (5)
[0024] 選擇與工況四最相近，并且太陽(yáng)光照條件與在軌衛(wèi)星當(dāng)前位置相同的推力器溫度 的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，并代入公式（5)中確定ATmb(t，t+At);
[0025] 步驟三、推力器溫度實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)及異常報(bào)警門限的設(shè)置：
[0026] 判斷當(dāng)前監(jiān)測(cè)時(shí)刻的工況，根據(jù)步驟二中該工況下推力器溫度的物理模型得到推 力器溫度的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)值，并將該實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)值外擴(kuò)± (3~5) °C作為推力器溫度異常的報(bào)警 門限；
[0027] 步驟四、推力器溫度異常實(shí)時(shí)診斷：
[0028] 當(dāng)監(jiān)測(cè)到的推力器溫度在所述報(bào)警門限的范圍內(nèi)，則推力器工作正常；
[0029] 當(dāng)監(jiān)測(cè)到的推力器溫度高于所述報(bào)警門限的范圍時(shí)，確定推進(jìn)劑的燃燒效率高的 原因，當(dāng)溫度持續(xù)過高時(shí)，停止推力器工作；
[0030] 當(dāng)監(jiān)測(cè)到的推力器溫度低于所述報(bào)警門限的范圍時(shí)，確定推進(jìn)劑的燃燒效率低的 原因，及時(shí)進(jìn)行推力器溫度異常的處理。
[0031] 此外，監(jiān)測(cè)推力器溫度的時(shí)間步長(zhǎng)At滿足：At<t2;
[0032] 其中，h表示推力器溫度變化一個(gè)分層值所需的時(shí)間；t2表示推力器溫度變化二 個(gè)分層值所需的時(shí)間。
[0033] 在工況一時(shí)，選取彡5組的推力器溫度的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到向深冷空 間的熱輻射系數(shù)n ;在工況三時(shí)，選取多5組的推力器溫度的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到 AT加熱器。
[0034] 在工況二下，選取的推力器溫度的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，將推力器點(diǎn)火初期lmin~ 1. 5min的數(shù)據(jù)剔除后再利用公式（3)確定參數(shù)AT#:Wu和修正系數(shù)y。
[0035] 有益效果：
[0036] (1)本發(fā)明根據(jù)推力器的熱平衡方程，考慮空間外熱流等影響因素，應(yīng)用推力器在 軌實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，通過系數(shù)修正和實(shí)時(shí)解算的方法建立了精確度較高的在軌衛(wèi)星推力器溫 度數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步提供了一種在軌衛(wèi)星推力器溫度異常實(shí)時(shí)診斷方法；在衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定 的前提下，本發(fā)明中得到的推力器溫度擬合公式僅與時(shí)間相關(guān)，利用該公式預(yù)測(cè)推力器任 意時(shí)刻的溫度，能夠?qū)壙剡^程中推力器的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，填補(bǔ)了目前在軌衛(wèi)星 軌控過程中推力器異常無(wú)法實(shí)時(shí)自主發(fā)現(xiàn)的空白，簡(jiǎn)單高效、可行可靠。
[0037] (2)由本發(fā)明在推力器溫度預(yù)測(cè)值的基礎(chǔ)上，根據(jù)衛(wèi)星實(shí)際情況經(jīng)過外擴(kuò)一定范 圍后得到動(dòng)態(tài)的報(bào)警門限，適用于在軌監(jiān)視工作、大幅優(yōu)化了