陀螺飞轮——一种用于航天器三轴姿态控制的新型执行机构/敏感器

摘要

Bristol陀螺飞轮是一种新型的姿态控制系统部件,该部件可以在测量航天器两个轴角速度的同时又提供三个轴的偏置角动量和控制力矩。本文阐述了该部件的工作原理并介绍了目前正在研制的、面向小卫星背景的飞行样机设计。陀螺飞轮的全功能样机已研制成功,该样机验证了其作为执行机构和速率敏感元件的双重能力,本文给出了一些试验结果。陀螺飞轮的一项关键优势在于:对地球指向任务,在与一个两轴地球敏感器一起用的条件下,它可以提供所有三个轴的精确指向控制。这使此类姿控系统可以降低重量、功耗,尤其是成本。针对一个由地球指向微小卫星任务构成的范例,一个基于陀螺飞轮的姿控系统设计已经完成。给出的性能仿真表明,其指向控制可以使各轴保持在0,1°内。陀螺飞轮提供了良好的前景来满足诸如通信、遥感以及空间科学等应用卫星对低成本、轻量化、高可靠以及高精度姿态控制系统的需求。