航天姿轨控——三轴控制之外的奇思妙想- 大数跨境

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航天姿轨控——三轴控制之外的奇思妙想

利正卫星

2020-06-19

导读：了解另外几种保持卫星姿态稳定的手段。

臻至全球领先的商业卫星系统服务商

小伙伴们好！

欢迎大家来到利正航天知识讲堂！

上次跟大家聊了三轴控制的艺术，这次就带大家了解另外几种保持卫星姿态稳定的手段。这几种控制方法都能对三轴控制系统起到很好的辅助和巩固的作用。

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采用双自旋控制的美日联合地磁层观测卫星Geotail

首先说说自旋稳定，这个也是利用角动量守恒定律控制轴向的稳定。采用这种方法的卫星多为对称结构，比如圆柱体、锥体或者球体等，这样可以围绕一个主轴旋转。早期的自旋稳定卫星结构简单，整星旋转，例如大名鼎鼎的中国东方红一号卫星。后来出现了双自旋结构，即载荷平台相对于目标参照物不做旋转，但是卫星平台绕中心轴自旋以维持轴向稳定。比如卫星Geotail，其轴向上安装有固定的测量天线，而被太阳能板包围的圆柱体卫星平台保持旋转，转轴与黄道面的角度呈85°到89°。

伸出长长的重力梯度杆的美国海军导航卫星Transit Oscar

再看看重力梯度控制。牛顿的万有引力定律告诉我们，地球引力大小会随着轨道高度的增加而快速降低，于是聪明的工程师们利用了这一点，给卫星装上长长的连接杆，一端握着配重，伸向更高的轨道，整个卫星好比一个一头重一头轻的哑铃，杠杆上的某一点是质量中心。靠近地球的那端受到更大的引力，远离地球的那端受到更小的引力，两端受到的力大小不一，谁也不服谁，但是胳膊拧不过大腿，更强的那个引力始终主导着这个哑铃绕质量中心的摆动，最终这根连接杆只能直挺挺地沿着引力方向指向地心，从而稳定住了整颗卫星的指向。为什么月亮总是用同一面朝向我们？天文学家的解释是受到潮汐锁定，其实潮汐锁定大致就是重力梯度效应的体现。

张开巨大风帆的英国萨里大学技术验证微纳卫星InflateSail

除上述控制方法外，还有些工程师剑走偏锋。比如利用空气阻力进行姿态调控，一般在低于600公里的具有稀薄大气的低轨（其实更多利用风阻的卫星是为了快速再入大气层），或者是利用太阳光压产生的作用力调整姿态———要知道，太阳光照射在物体上，也会产生极其微弱的作用力。这两类卫星往往具有硕大的帆板用于有效放大空气阻力和光压的作用。

中国无拖曳控制技术验证卫星天琴一号

目前国际上还正在聚焦无拖曳控制技术，这种技术旨在采用推进器产生的推力抵消低轨卫星受到的重力外的各种干扰摄动，使得卫星内部到达超静、超稳的状态。我国前不久前发射的“天琴一号”卫星就是用于验证该技术，试验结果达到了国际领先的水平。具备这种控制系统的卫星，可以满足科学家在轨进行类似引力波探测这样的高精度实验之要求。

好了，关于姿态控制的知识咱们就看到这里。怎么样，工程师们的脑洞是不是挺大？那轨道控制呢？工程师们为什么要折腾航天器的轨道呢？他们又是如何在轨道上玩出花样的？咱们下期依次从绕地轨道和深空探测轨道两个方面聊一聊吧，请小伙伴们保持关注哦。