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Electric propulsion is used for all electric propulsion satellites to perform the orbit transfer, attitude control and station-keeping tasks. Generally electric propulsion subsystem contains 4 thrusters. But if one thruster fails in the beginning of satellite lifetime, other thrusters will undertake all the firing tasks. The firing time will be 2 to 3 times of thrusters without failure. Thus it may go beyond the allowed lifetime of thruster. This paper puts forward two thruster redundancy configuration solutions with 6 thrusters to solve this problem. Two layout configurations and their corresponding station-keeping strategies are simulated and compared. The results show that the maximum firing time of both layout configurations can meet the lifetime limitation. This solution is a good reference for all electric propulsion satellites design. |
Key words: all electric propulsion satellite station-keeping electric thrusters configuration electric thruster layout failure redundancy |
DOI:10.11916/j.issn.1005-9113.17033 |
Clc Number:V423.4 |
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全电推平台位置保持电推力器冗余配置策略研究 王敏1,2,李强2,梁新刚2 (1.北京航空航天大学 宇航学院, 北京 100191;2. 中国空间技术研究院,北京 100094) 创新点说明:本文提出了GEO全电推进卫星6台电推力器的配置方案,解决了常规4台电推力器配置情况下工作寿命不满足许用要求的问题,并分析了不同布局形式对应的系统冗余度、电推力器工作时间等指标,最终得到2种布局方案都可以满足电推力器许用工作寿命要求,为全电推进卫星电推进系统设计提供了充分的工程参考依据。 研究目的: 本文为解决GEO全电推进卫星常规4台电推力器配置情况下工作寿命不满足许用要求的问题,提出了6台电推力器配置的方案,并分析不同的布局形式对系统冗余度、位置保持点火时间等性能的影响,最终确定电推力器配置与布局方案。 研究方法: 1)本文采用冗余度分析方法分析了不同的电推力器布局方案的冗余度; 2)本文采用电推进位置保持方法仿真得到了不同电推力器布局方案的位置保持点火时间。 结果: 1)6台电推力器正对称布局方案与斜对角布局方案都可以满足电推力器许用工作寿命要求; 2)正对称布局方案的电推力器最长工作时间略短于斜对角布局方案,推进剂消耗略低,位保效率较高; 3)斜对角布局方案系统冗余度高于正对称布局方案,允许任意2台电推力器失效; 4)任意1台电推力器失效的情况下,剩余电推力器最长工作时间约为4台电推力器配置方案同等工况下的50%。 结论: GEO卫星在采用常规4台电推力器不能满足许用工作寿命的情况下,可以增加电推力器数量至6台,可采用正对称布局方案或斜对角布局方案,前者电推力器工作时间略短、位保效率略高,后者系统冗余度更高,可靠性较高。在全电推进卫星系统方案设计中,对于没有足够飞行经验,成熟度不高的新型电推力器,可以采用斜对角布局方案,获得更高的系统冗余度和可靠性;对于在轨经验丰富,较为成熟的电推力器,可以采用正对称布局方案,尽量降低电推力器点火工作时间和提高位保效率。 关键词:全电推进卫星;位置保持;电推力器配置;电推力器布局方案;失效;冗余 |