中国空间科学技术 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (4): 129-138.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0064
陈上上1,2,*,刘潇翔1,2,雷拥军1,2,何英姿1,郝仁剑1,2
CHEN Shangshang1,2,*,LIU Xiaoxiang1,2,LEI Yongjun1,2,HE Yingzi1, HAO Renjian1,2
摘要: 轮系航天器的机动性能主要由动量轮构型与分配律决定,复杂的分配律容易导致动量轮转速指令不连续等情况发生,从而引发可靠性问题,因此工程应用最为广泛的是伪逆分配律,然而目前伪逆分配律下的动量轮构型优化没有参考准则。为了解决这一问题,针对配置4个相同动量轮且金字塔构型的航天器,论证得到角速度与角加速度包络,提出一种动量轮构型优化的方案。首先把伪逆分配律转化为一个关于各轮角动量的线性代数约束条件,采用空间解析几何方法与线性系统理论,首次证明了伪逆分配律下角速度与角加速度包络均为八面体;接着证明了最优金字塔方位角为零度,把姿态路径参数设计问题转化为一个寻找直角三角形内的最大正方形问题,进而得到了解析形式的边长极值与对应的金字塔倾斜角;最后通过比较各个对称轴布局下的边长极值大小得到最优布局形式。仿真案例研究表明,经过安装角优化后角速度包络与角加速度包络比倾斜角54.74°的经典安装可增大27.2%,经过对称轴筛选后包络可增大71.9%。研究方法考虑了实际工程中应用最为广泛的动量轮构型与分配律形式,研究结果为航天器实际可用的最大机动性能问题分析提供了完整的理论依据,为机动过程目标姿态路径的最大角速度与最大角加速度参数设计提供了精确的参考标准,为动量轮构型优化提供了完善的设计步骤。