航天器姿态与轨道控制

前面已经介绍了航天器轨道控制的详细内容，本文将进一步介绍航天器姿态与轨道控制，希望能帮到大家。

航天器姿态与轨道控制包含姿态控制与轨道控制两方面。

其中姿态控制包括姿态确定方法和姿态控制过程两个方面，实现航天器姿态确定和姿态控制的装置或系统称为航天器姿态控制系统；而轨道控制则是对航天器的质心施加外力，以改变其运动轨迹的技术，实现航天器轨道控制的装置的组合称为航天器轨道控制系统。

简介

航天器姿态与轨道控制包含姿态控制与轨道控制两方面。由航天器姿态控制系统和轨道控制系统共同组成航天器姿态轨道控制系统，用以实现对航天器姿态稳定、姿态机动以及运动轨道的有效控制。

航天器姿态轨道控制系统作为航天器的神经中枢，其可靠性、稳定性及精确度是航天器安全飞行和执行任务成功与否的重要保障。

航天器运动

对刚体航天器的运动可由它的位置、速度、姿态和姿态运动来描述。

1.位置和速度描述航天器的质心运动，属于航天器的轨道问题。
2.姿态就是航天器在空间的方位。姿态和姿态运动描述航天器绕质心的转动，属于姿态问题。

从运动学的观点来说，一个航天器的运动具有6个自由度，其中3个位置自由度表示航天器的轨道运动，另外3个绕质心的转动自由度表示航天器的姿态运动。

航天器控制

航天器在轨道上运动将受到各种力矩的作用。从刚体力学的角度来说，力使航天器的轨道产生摄动，力矩使航天器姿态产生扰动。

航天器的控制可以分为两大类：轨道控制和姿态控制。

1.对航天器的质心施加外力，以有目的地改变其运动轨迹的技术，称为轨道控制。
2.对航天器绕质心施加力矩，以保持或按需要改变其在空间的定向技术，称为姿态控制。

航天器控制系统由敏感器、控制器和执行机构三部分组成：

1.敏感器用以测量某些绝对的或相对的物理量；
2.控制器担负起信号处理的任务；
3.执行机构起控制作用，驱动动力装置产生控制信号所要求的运动；

执行机构根据控制力和控制力矩的不同，可以把它分为姿态控制执行机构和轨道控制执行机构。有些执行机构既可以作为姿态控制执行机构，也可以作为轨道控制执行机构，例如喷气推力器的安装方式决定推力器是姿态控制执行机构还是轨道控制执行机构。

这三部分统称为控制硬件，而用于完成测量和控制任务所需的算法称为软件。

轨道控制

轨道控制包括轨道确定和轨道控制两方面：

1.轨道确定的任务是研究如何确定航天器的位置和速度，有时也称为空间导航，简称导航；
2.轨道控制是根据航天器现有位置、速度、飞行的最终目标，对质心施加控制力，以改变其运动轨迹的技术。

轨道控制按应用方式分类：

1.轨道机动：指使航天器从一个自由飞行段轨道转移到另一个自由飞行段轨道的控制。例如，地球静止卫星发射过程中为进入地球静止轨道，在其转移轨道的远地点就需进行一次轨道机动。
2.轨道保持：指克服摄动影响，使航天器轨道的某些参数保持不变的控制。例如：地球同步轨道卫星为精确保持其定点位置而定期进行的轨道修正。
3.轨道交会：指航天器能与另一个航天器在同一时间以相同的速度达到空间同一位置而实施的控制过程。
4.再入返回控制：指使航天器脱离原来的轨道，返回进入大气层的控制。

姿态控制

姿态控制包括姿态确定方法和姿态控制过程：

1）姿态确定是研究航天器相对于某个基准的确定姿态方法。这个基准可以是惯性基准或者人们所感兴趣的某个基准，例如地球。姿态确定一般采用姿态敏感器和相应的数据处理方法，姿态确定的精度取决于数据处理方法和航天器敏感器所能达到的精度。
2）姿态控制是航天器在规定或预先确定的方向（可称为参考方向）上的定向的过程，它包括姿态稳定和姿态机动。

姿态稳定是指使姿态保持在指定方向；
姿态机动是指航天器从一个姿态过渡到另一个姿态的再定向过程。

姿态稳定方式按姿态运动的形式：

1.被动姿态稳定：利用环境力矩使航天器保持姿态稳定；
2.自旋稳定：卫星等航天器绕其一轴（自旋轴）旋转，依靠旋转动量矩保持自旋轴在惯性空间的指向；
3.三轴稳定：依靠主动姿态控制或利用环境力矩，保持航天器本体三条正交轴线在某一参考空间的方向。

姿态控制与轨道控制的关系

航天器是一个比较复杂的控制对象，一般来说轨道控制与姿态控制密切相关。为实现轨道控制，航天器姿态必须符合要求。即当需要对航天器进行轨道控制时，同时也要求进行姿态控制。在某些具体情况或某些飞行过程中，可以把姿态控制和轨道控制分开来考虑。有些应用任务对轨道没有严格要求，如空间环境探测卫星，则只有姿态控制系统。

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航天器轨道控制-原文链接：
http://www.52solution.com/knowledge/5527.html