基本介紹
- 中文名：衛星控制
- 外文名：satellite control
- 定義：對衛星的控制技術
- 內容：姿態控制、溫度控制等
- 套用：衛星、太空飛行器等
- 涉及領域：自動控制
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姿態控制
衛星姿態控制是指獲取並保持衛星在太空定向(即衛星相對於某個參考系的姿態)的一項技術。衛星的姿態控制包括姿態穩定和姿態機動兩個方面。
(1)姿態穩定是保持已有姿態的過程。
(2)姿態機動是把衛星從一種姿態轉變為另一種姿態的再定向過程。
原理
衛星太空中是在失重的環境下飛行，衛星都有自己特定的任務，對飛行姿態都有一定的要求。比如，通信衛星需要它的天線始終對準地面，對地觀測衛星則要求它的觀測儀器的視窗始終對準地面。衛星受各種干擾，在空間的姿態角和姿態角速度會偏離預先設計值，為了保持衛星在飛行姿態軸的穩定，並根據需要調整、改變姿態軸的方向。
根據對衛星的不同工作要求，衛星的姿態控制方法也不同。按是否採用專門的控制力矩裝置和姿態測量裝置，可把衛星的姿態控制分為被動姿態控制和主動姿態控制兩類。被動姿態控制，就是利用衛星本身的動力特性和環境力矩來實現姿態穩定；主動姿態控制是根據姿態誤差形成控制指令，產生控制力矩來實現姿態控制。
目的
衛星在軌道運行時，為了完成它所承擔的任務，必須具有一定的姿態。對地觀測衛星的照相機或者其他遙感器要對準地面。通信衛星和廣播衛星的天線要對準地球上的服務區。衛星上的能源裝置——太陽電池翼要對準太陽。衛星作機動變軌時其變軌發動機要對準所需推力方向。衛星或太空飛行器從空間返回大氣層時，制動防熱面須對準迎面氣流方向。
技術
衛星的姿態控制分為被動姿態控制和主動姿態控制兩類。採用被動、主動或把二者結合起來，取決於飛行任務對定向和穩定的要求、功率要求、重量限制、軌道特性、控制系統和衛星上實驗儀器的相互配合等因素。
(1)被動姿態控制：被動姿態控制是制利用衛星本身的動力特性和環境力矩來實現姿態穩定的方法。
(2)主動姿態控制：根據姿態誤差(測量值與標稱值之差)形成控制指令，產生控制力矩來實現姿態控制的方法。要求對三個軸進行姿態控制的衛星通常採用主動姿態控制。
溫度控制
衛星的溫度控制就是衛星在軌飛行時，對衛星內部和外部的溫度進行控制，使衛星的溫度達到所要求範圍的系統。
衛星溫度
衛星在軌飛行時，會遇到高溫和低溫兩種環境。太陽是一個大熱源。在數百到數千千米的高空，非常稀薄的氣體不能阻擋太陽的照射，沒有傳導與對流散熱，太陽直接照射的衛星表面，如果不加防護，衛星的溫度很快就會升高；當衛星飛行到地球的另一面時就進人了陰影區，得不到太陽的熱量，溫度會很快地降低。衛星在100℃~-100℃這種交變溫度下工作；另一方面地球的太陽光反射和紅外低溫輻射同樣作用到衛星的表面；同時，衛星內部的儀器設備工作時，也要向外散發熱量。
衛星內部必須保持一定的溫度範圍，以保證星內的儀器設備工作正常。熱控制系統可以保證衛星內部的溫度始終保持在一定的範圍內變化。一般衛星內部的溫度保持在5℃~45℃的範圍內，個別的部分只允許在恆定的溫度下有1 ℃~2℃的變化範圍。
溫控技術
(1)被動式熱控制：被動式熱控制是在對衛星進行溫度控制時不需要消耗能量，只需要在衛星的內外表面及儀器設備上採取相應的措施就可以達到熱控制的目的。
(2)主動式溫度控制：主動式溫度控制是用主動的加溫或降溫的方法達到熱量的平衡。
在大多數的情況下，在衛星上同時採用被動和主動兩種方式聯合工作，以確保溫度控制的可靠性和高效率。
軌道控制
衛星軌道控制是指控制衛星在軌道上按照預定軌道飛行。
原理
衛星的軌道是在衛星發射前就設計好的理論軌道；在衛星發射後真正運行的軌道稱為實際軌道。實際軌道往往和理論的軌道不完全一致，兩者總是有偏差。一般情況下，末級火箭的熄火點就是衛星的入軌點，當衛星與火箭分離剛剛進入軌道時，由於一直測量火箭的飛行參數，也就知道了衛星人軌點的參數，稱為衛星的初始軌道參數，又稱衛星的初軌。
衛星進入初軌後，再連續跟蹤一段距離，取得了一系列的數據，就能計算出衛星整個的運行軌道，也就是能知道下一圈在什麼地方，以及任何一個時刻衛星會飛到什麼地點的上空，這就是衛星的軌道預報。再經過一段時間軌道調整，衛星就能進入預期的運行軌道。
衛星在長期運行中，由於受到地球引力的影響、大氣阻力的影響、太陽和月球引力的影響，它的軌道會產生微小變化，稱為“軌道攝動”，因此對軌道要不斷地跟蹤測量，必要時還要進行軌道修正和保持。
技術
(2)無線電測量：無線電測量不受天氣影響，可以實現全天候跟蹤測量，地面通過無線電和衛星建立聯繫。
動力控制
衛星的動力控制主要是電力和電力控制。動力控制系統的發展水平，對提高衛星的性能，完成廣泛而複雜任務的能力，有重要的決定性作用。隨著衛星技術的發展，衛星的工作壽命不斷提高，功能日益改進，電源的功率已從早期的數十瓦增加到數千瓦甚至上萬瓦。衛星上採用的電源主要有太陽能電池電源、化學電源和核電源。
