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Design and Application of Power Supply and Distribution System of Chang'e 4 Relay Satellite
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作者 XIE Meng DUAN Baogang +2 位作者 YAO Yuying JIAO Yusheng ZHAO Shuo 《Aerospace China》 2019年第2期32-39,共8页
A 28 V-half-regulated power bus topology and an integrated PCDU (Power Conditioning and Distribution Unit) were adopted to meet the energy demand for the Chang'e 4 relay satellite.This paper first introduces the m... A 28 V-half-regulated power bus topology and an integrated PCDU (Power Conditioning and Distribution Unit) were adopted to meet the energy demand for the Chang'e 4 relay satellite.This paper first introduces the mission features and composition of the PSDS (Power Supply and Distribution System) for the Chang'e 4 relay satellite.Due to this satellite's unusual orbit,operational mode and project restrictions,special analysis and design was conducted on the PSDS from the perspective of weight-reduction,power management,and reliability and so on.Extreme low temperature storage of SA (Solar Array) was considered and how the antenna affects the SA was analyzed.A new kind of high-specific-energy 45 Ah (Ampere-hour) battery cell was used for the first time.To make sure that the satellite would successfully pass the long shadow zones,a 100% DOD (Depth of Discharge) experiment was carried out on the battery.Since the sunlight is almost always available and there are very few times for the battery to charge or discharge,battery care to extend its lifetime is also discussed.PCDU is a device that integrates power conditioning and power distribution in one unit.The PCDU on Chang'e 4 relay satellite can output more power with less weight because of the adoption of a 28 V-half-regulated power bus topology which was also used for the first time and used lighter material for its mechanical framework.Experiment under low temperature on PCDU was conducted as well and a hot backup equalizing charge technique which is beneficial to keep performance of the battery is illustrated.The power distribution module,which is a module of PCDU,enhances the power utilization security by utilizing a static impedance measurement and build-in-test to avoid possible short circuits.As for EED (Electrical Explosive Device) module,a protection plug was specially designed and three switches with different functions were connected in series to prevent the EED from exploding by error.In addition,the allowable minimum EED bus voltage for each EED was evaluated in case of low battery voltage caused by the possible postponement of the launching time.Complete verification experiments on the ground were conducted to confirm the correctness of the design and on-orbit test data conformed to the expected results and theoretical calculation.The power supply and distribution system has been working normally since the day the Chang'e 4 relay satellite was launched into space. 展开更多
关键词 Chang'e 4 relay satellite power supply and DISTRIBUTION system RELIABILITY LOW TEMPERATURE
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CE-4中继卫星使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法 被引量:6
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作者 马传令 刘勇 +2 位作者 陈明 刘磊 梁伟光 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期389-397,共9页
针对嫦娥四号中继卫星动量轮频繁喷气卸载对其使命轨道Halo轨道的扰动问题,定性分析了卫星角动量累积规律和动量轮卸载对使命轨道构型的影响,给出了动量轮卸载前后角动量变化量与喷气卸载等效速度增量的关系,在角动量卸载预测的基础上,... 针对嫦娥四号中继卫星动量轮频繁喷气卸载对其使命轨道Halo轨道的扰动问题,定性分析了卫星角动量累积规律和动量轮卸载对使命轨道构型的影响,给出了动量轮卸载前后角动量变化量与喷气卸载等效速度增量的关系,在角动量卸载预测的基础上,提出了一种使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法,通过偏置维持控制目标抵消控后动量轮卸载影响,达到延长轨道维持控制周期和节省推进剂的目的,给出了控制目标偏置量的求解方法。工程应用结果验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 嫦娥四号中继卫星 HALO轨道 动量轮卸载 轨道机动 联合控制 偏置优化 太阳光压
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“嫦娥4号”中继星使命轨道段定轨计算与分析 被引量:9
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作者 段建锋 李勰 +1 位作者 李翠兰 王兆魁 《深空探测学报》 2019年第3期247-253,共7页
“嫦娥4号”中继星是“嫦娥4号”探测器实现月球背面着陆与巡视的关键,目前正稳定运行在地-月L2点使命轨道上,该使命轨道为平均周期约14天的南族Halo轨道。因任务的需要,中继星本体系+Z轴需调整指向,处于正对太阳和非正对太阳两种状态... “嫦娥4号”中继星是“嫦娥4号”探测器实现月球背面着陆与巡视的关键,目前正稳定运行在地-月L2点使命轨道上,该使命轨道为平均周期约14天的南族Halo轨道。因任务的需要,中继星本体系+Z轴需调整指向,处于正对太阳和非正对太阳两种状态。太阳光压在中继星+Z轴对日的情况下会加速卫星的角动量累积,增加卫星卸载喷气频次。基于中继星使命轨道段测控支持条件,采用重叠弧段法对两种状态下的中继星定轨精度进行分析与评估。结果表明,在中继星+Z轴非对日运行状态下,重叠弧段位置误差为1.6km,速度误差为8mm/s;在中继星+Z轴对日运行状态下,重叠弧段位置误差为0.6km,速度误差为3mm/s,这对中继星的长期运行具有重要参考价值。 展开更多
关键词 嫦娥4 中继星任务 使命轨道 轨道确定 重叠弧段 精度分析
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“嫦娥4号”中继星开环测速方案设计与试验验证 被引量:3
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作者 陈略 谢剑锋 +2 位作者 韩松涛 曹建峰 平劲松 《深空探测学报》 2019年第3期236-240,共5页
针对深空探测器轨道测量任务高精度测速需求,提出了一种开环测速方案。首先,采用窄带模式对深空探测器下行信号进行采集记录,利用傅里叶变换+线性调频Z变换+本地重构相关联合信号处理方法,对探测器主载波信号进行处理,自适应提取探测器... 针对深空探测器轨道测量任务高精度测速需求,提出了一种开环测速方案。首先,采用窄带模式对深空探测器下行信号进行采集记录,利用傅里叶变换+线性调频Z变换+本地重构相关联合信号处理方法,对探测器主载波信号进行处理,自适应提取探测器主载波频率;然后,基于主载波频率获取反映探测器相对于测站速度运动关系的多普勒频率,并评估多普勒频率的随机噪声水平;最后,将基于本文的多普勒频率与深空站测速基带多普勒频率、累积载波相位测速多普勒频率进行比对,并将3种多普勒频率输入探测器联合定轨程序,进一步评估本方案获取的多普勒测速绝对精度。基于“嫦娥4号”中继星在轨实测试验数据分析表明:所获得的多普勒频率提取精度为10mHz,优于深空站基带测速多普勒频率与累积载波相位测速多普勒频率精度;联合定轨表明:多普勒测速绝对精度为0.2mm/s,有效验证了深空开环测速技术,为后续深空探测器轨道联合测量系统研制奠定了技术基础。 展开更多
关键词 深空探测器 测速 多普勒 精度 嫦娥4号中继星
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“嫦娥4号”中继星任务轨道确定问题初探 被引量:4
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作者 段建锋 刘勇 +2 位作者 李勰 陈明 王兆魁 《深空探测学报》 2018年第6期531-538,共8页
"嫦娥4号"任务将采用着陆器、巡视器和绕飞地月拉格朗日L2点中继星进行月球背面的探测,中继星已先期发射,进入环绕地月L2点的晕(Halo)轨道。在中继星使命轨道动力学模型的基础上,通过相关仿真工作,开展了中继星在Halo轨道上... "嫦娥4号"任务将采用着陆器、巡视器和绕飞地月拉格朗日L2点中继星进行月球背面的探测,中继星已先期发射,进入环绕地月L2点的晕(Halo)轨道。在中继星使命轨道动力学模型的基础上,通过相关仿真工作,开展了中继星在Halo轨道上的摄动源量级及影响定轨预报的主要因素分析,结果表明:太阳光压摄动是其主要影响因素。为降低其相关影响,提高定轨精度,在太阳光压球模型的基础上,结合中继星在轨运行特点及其星体结构特点,提出了一种求解光压等效面积的方法。经仿真分析,使用修正后的太阳光压球模型进行定轨求解,速度精度可提升约一个量级。 展开更多
关键词 嫦娥4号中继星任务 HALO轨道 太阳光压球模型 摄动量级分析 误差源分析
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“嫦娥4号”中继星应急轨道控制策略设计与分析
6
作者 马传令 刘勇 +1 位作者 梁伟光 张尧 《深空探测学报》 2019年第3期269-276,共8页
“嫦娥4号”中继星作为“嫦娥4号”任务的重要组成部分,不同于其它月球探测器,首次选择绕地月L2平动点运行的Halo轨道以保证为月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,这面临诸多技术挑战。基于任务需求和工程约束,梳理了中继... “嫦娥4号”中继星作为“嫦娥4号”任务的重要组成部分,不同于其它月球探测器,首次选择绕地月L2平动点运行的Halo轨道以保证为月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,这面临诸多技术挑战。基于任务需求和工程约束,梳理了中继星全寿命与轨道控制相关的故障类型,制定了多级应急控制目标,给出了分阶段应急轨道控制方案,提出将Lissajous轨道作为应急备选使命轨道,分析了推进剂消耗、中继测控条件和可行性,研究成果直接应用于中继星任务工程实践。 展开更多
关键词 嫦娥4 中继星 应急控制 HALO轨道 地月L2点
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“嫦娥4号”中继星伞状可展开天线设计与验证 被引量:8
7
作者 陈国辉 华岳 +5 位作者 王波 郑士昆 肖勇 马小飞 张爱兵 陈岚 《深空探测学报》 2018年第6期524-530,共7页
伞状可展开天线是"嫦娥4号"中继星为着陆于月球背面的"嫦娥4号"着陆器和巡视器提供中继通信的关键单机。对伞状可展开天线的设计原理和构造进行了描述,对天线在轨展开、网面成型与保持、超低温环境适应性等技术难... 伞状可展开天线是"嫦娥4号"中继星为着陆于月球背面的"嫦娥4号"着陆器和巡视器提供中继通信的关键单机。对伞状可展开天线的设计原理和构造进行了描述,对天线在轨展开、网面成型与保持、超低温环境适应性等技术难点开展了分析。天线在轨展开采用缓释弹簧分布式驱动展开技术,具有布局灵活、轻便、安装体积小、可靠性高的优点,并开展了寿命、热真空环境展开等试验,验证了天线展开技术的正确性;采用双层网结构设计形式实现天线网面成型与保持,优化了张力网节点数量,开展了型面精度测试和型面在轨热变形预示,验证了天线在轨型面精度达到亚毫米级的设计指标,进一步确保了天线在轨性能满足任务要求;天线部组件最低温度达到–250℃的超低温环境验证结果,表明天线经历超低温环境存储后,结构无损坏,性能无下降,满足天线在轨环境适应性的要求,有效地支撑了"嫦娥4号"中继星中继通信任务的顺利执行。 展开更多
关键词 嫦娥4号中继星 伞状可展开天线 在轨展开 网面成型与保持 超低温环境
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主动卸载模式下嫦娥四号中继星轨道确定
8
作者 孔静 胡国林 +4 位作者 李柯 李国强 刘俊琦 李皓皓 杨小锋 《航天控制》 CSCD 北大核心 2023年第5期27-32,共6页
针对嫦娥四号中继星主动卸载模式,提出了一种引入姿态信息的卸载力建模与解算方法。分析了主动卸载的原理,嫦娥四号中继星姿控发动机布局、卸载控制方式决定其卸载的速度增量集中在本体系+zb方向;根据姿态信息建立了在惯性系下解算本体... 针对嫦娥四号中继星主动卸载模式,提出了一种引入姿态信息的卸载力建模与解算方法。分析了主动卸载的原理,嫦娥四号中继星姿控发动机布局、卸载控制方式决定其卸载的速度增量集中在本体系+zb方向;根据姿态信息建立了在惯性系下解算本体系速度增量的数学模型;通过该方法对嫦娥四号中继星跟踪数据进行处理分析。结果表明,提出的方法可以有效改进嫦娥四号中继星halo轨道精度,卸载后1.5 d轨道重建的位置精度小于1 km,速度精度优于4 mm/s;预报2~3 d的位置精度为1.2 km,速度精度优于5 mm/s。 展开更多
关键词 嫦娥四号中继星 姿态控制 主动卸载 轨道确定 精度评估
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一种应用于实时深空干涉测量的电离层时延修正方法 被引量:1
9
作者 韩松涛 谢剑锋 +1 位作者 王美 李黎 《深空探测学报》 2019年第3期232-235,300,共5页
针对“嫦娥4号”中继星任务S频段信标信号的高精度实时干涉测量需求,结合深空测控干涉测量系统采用的稀疏标校工作模式,研究验证了一种面向测控模式实时干涉测量的电离层时延修正方法。首先分析了电磁波经电离层传播的延迟机理及特性;... 针对“嫦娥4号”中继星任务S频段信标信号的高精度实时干涉测量需求,结合深空测控干涉测量系统采用的稀疏标校工作模式,研究验证了一种面向测控模式实时干涉测量的电离层时延修正方法。首先分析了电磁波经电离层传播的延迟机理及特性;基于深空站历史观测数据,通过自相关函数分析验证了天顶向TEC的周日特性;在此基础上,结合深空干涉测量中心数据处理设备软件系统,讨论了电离层时延修正方法;通过任务期间的实测数据处理分析,验证了所提方法可以将实时测量精度提升1~3ns,对低仰角跟踪弧段,该技术方法优势更为明显。该方法为后续深入推进深空测控干涉测量系统在任务中的实时应用提供了技术储备。 展开更多
关键词 干涉测量 深空网 电离层 TEC 嫦娥4号中继星
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嫦娥四号中继星供配电分系统可靠性设计与验证 被引量:3
10
作者 姚雨迎 焦宇晟 颉萌 《宇航总体技术》 2019年第4期9-14,共6页
针对嫦娥四号中继星的轨道特点、在轨工作模式和任务要求,供配电分系统采用半调节母线拓扑结构和电源调节与配电控制一体化的方案实现了集成化、轻量化设计需求。重点识别了供配电分系统可靠性设计的关键要素,从供电可靠性、能源安全性... 针对嫦娥四号中继星的轨道特点、在轨工作模式和任务要求,供配电分系统采用半调节母线拓扑结构和电源调节与配电控制一体化的方案实现了集成化、轻量化设计需求。重点识别了供配电分系统可靠性设计的关键要素,从供电可靠性、能源安全性和在轨能源管理等方面进行分析和设计,并进行了充分的地面专项验证试验。通过在轨多种工况考核和遥测数据分析可知,供配电分系统工作正常,满足设计要求。 展开更多
关键词 嫦娥四号 中继星 供配电 可靠性
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“嫦娥四号”中继星再生伪码测距数据定轨精度分析 被引量:1
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作者 牛东文 段建锋 +3 位作者 欧阳琦 张宇 陈略 王美 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第1期21-28,共8页
“嫦娥四号”中继星目前正稳定运行在地月L2点使命轨道,期间进行了再生伪码测距试验,试验期间交叉进行了再生伪码测距和侧音测距。利用“嫦娥四号”中继星在地月L2点使命轨道的再生伪码测距数据和侧音测距数据,进行了定轨精度评估。结... “嫦娥四号”中继星目前正稳定运行在地月L2点使命轨道,期间进行了再生伪码测距试验,试验期间交叉进行了再生伪码测距和侧音测距。利用“嫦娥四号”中继星在地月L2点使命轨道的再生伪码测距数据和侧音测距数据,进行了定轨精度评估。结果显示再生伪码测距数据的均方根误差(Root Mean Square Error,RMS)优于侧音测距数据RMS一个量级,同时再生伪码测距数据定轨和预报精度优于侧音测距数据一倍。这对再生伪码测距在中国后续深空探测任务中的应用具有参考意义。 展开更多
关键词 嫦娥四号 中继星任务 再生伪码测距 侧音测距 轨道确定 精度分析
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嫦娥四号任务月球中继链路飞控工作模式设计
12
作者 金文马 谢剑锋 +1 位作者 邹雪梅 赵凤才 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S01期74-79,共6页
介绍了嫦娥四号任务月球背面中继链路飞控工作模式设计方案。针对月球背面探测需要克服地面测控网与月球背面探测器之间存在地基测控盲区的需求,嫦娥四号任务在工程设计上采用在月球背面地月连线上的L2点布设中继星的方式,在世界上首次... 介绍了嫦娥四号任务月球背面中继链路飞控工作模式设计方案。针对月球背面探测需要克服地面测控网与月球背面探测器之间存在地基测控盲区的需求,嫦娥四号任务在工程设计上采用在月球背面地月连线上的L2点布设中继星的方式,在世界上首次采用地月L2点中继星实现对地对月中继通信。从嫦娥四号月球背面探测任务飞控需求出发,分析将中继星引入深空探测任务天地测控大回路对飞控实施的主要影响,设计了基于月球中继星的深空探测任务飞控模式,嫦娥四号任务飞控工作取得圆满成功,验证了该模式的正确性和有效性。 展开更多
关键词 嫦娥四号 月球背面 月球中继星 飞控工作模式
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嫦娥四号中继星角动量管理策略设计及应用
13
作者 李皓皓 马传令 +2 位作者 张尧 梁伟光 刘勇 《力学与实践》 北大核心 2022年第6期1243-1251,共9页
嫦娥四号中继星在Halo轨道运行期间角动量卸载会对轨道构型产生扰动。本文研究了嫦娥四号中继星动量轮主动调姿卸载对使命轨道构型保持的作用,设计了中继星角动量管理策略。通过对角动量变化率建模,结合短期遥测数据,提出了一种基于微... 嫦娥四号中继星在Halo轨道运行期间角动量卸载会对轨道构型产生扰动。本文研究了嫦娥四号中继星动量轮主动调姿卸载对使命轨道构型保持的作用,设计了中继星角动量管理策略。通过对角动量变化率建模,结合短期遥测数据,提出了一种基于微分修正的角动量变化预估方法。给出了中继星调姿卸载计算方法以及姿态机动过程中是否发生卸载的验证方法。针对嫦娥四号着陆器、巡视器处于月球日不同情况,给出了中继星姿态调整和调姿卸载策略。工程应用表明中继星角动量变化预估方法误差较小,根据角动量管理策略调姿卸载可以降低轨道维持频率,策略有效,具有工程可行性。 展开更多
关键词 嫦娥四号中继星 HALO 轨道 角动量预估 角动量管理 动量轮调姿卸载
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稀疏观测模式的“嫦娥四号”中继星轨道确定
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作者 刘思语 黄勇 +1 位作者 李培佳 杨鹏 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第1期14-20,共7页
“嫦娥四号”中继星于2018年6月14日成功进入地月L2点Halo轨道,承担地面测控站与“嫦娥四号”着陆器的数据传输功能。目前“嫦娥四号”中继星处于稀疏观测模式,平均4~5天进行一次观测。分析了2021年1月“嫦娥四号”中继星绕地月L2点的... “嫦娥四号”中继星于2018年6月14日成功进入地月L2点Halo轨道,承担地面测控站与“嫦娥四号”着陆器的数据传输功能。目前“嫦娥四号”中继星处于稀疏观测模式,平均4~5天进行一次观测。分析了2021年1月“嫦娥四号”中继星绕地月L2点的定轨精度,结果表明:中继星绕L2点轨道精度优于2 km,包含有甚长基线干涉测量技术(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)时延和时延率的弧段达到百米量级;在有VLBI观测的前提下,合理分配测距和测速弧段的覆盖时段,能在数据覆盖率相同的情况下有效提高轨道精度。 展开更多
关键词 “嫦娥四号”中继星 地月L2点 轨道确定 稀疏观测
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一种探月任务多窗口发射轨道设计方法 被引量:1
15
作者 唐明亮 王颖 +2 位作者 张学功 古艳峰 卢亮亮 《深空探测学报》 2017年第2期118-121,共4页
针对探月任务多窗口发射需求和目标轨道受到明显月球引力摄动的特点,提出一种快速高效的发射轨道设计方法:在星箭分离前的发射段,各发射窗口对应的发射轨道的一、二级飞行段完全相同,仅调整三级工作段程序角和无动力滑行时间,以满足入... 针对探月任务多窗口发射需求和目标轨道受到明显月球引力摄动的特点,提出一种快速高效的发射轨道设计方法:在星箭分离前的发射段,各发射窗口对应的发射轨道的一、二级飞行段完全相同,仅调整三级工作段程序角和无动力滑行时间,以满足入轨要求;在末级排放段,微调末级速度方向,利用月球摄动抬高末级近地点高度,使之超过GEO受保护区。该方法可统一火箭一、二级飞行段状态,缩小子级残骸落区范围,增强入轨参数设计的灵活性,显著提高星箭入轨参数迭代和相关分析工作的效率,明显改善末级离轨效果,符合空间安全相关要求,可推广应用于其他深空探测任务的多窗口发射轨道设计。 展开更多
关键词 嫦娥4 中继星 长征4号丙 发射轨道
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定位归算在嫦娥四号中继星变轨阶段的应用 被引量:3
16
作者 张宇 郭丽 +7 位作者 王广利 李金岭 黄勇 李培佳 郑为民 王文彬 舒逢春 刘庆会 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期189-195,共7页
2018-06嫦娥四号中继星发射任务圆满完成,为2018-12的嫦娥四号月球背面降落任务打下良好的基础,其中甚长基线干涉测量技术(very long baseline interferometry,VLBI)测轨分系统在卫星的定位、变轨等方面起到了重要的作用。统计了嫦娥四... 2018-06嫦娥四号中继星发射任务圆满完成,为2018-12的嫦娥四号月球背面降落任务打下良好的基础,其中甚长基线干涉测量技术(very long baseline interferometry,VLBI)测轨分系统在卫星的定位、变轨等方面起到了重要的作用。统计了嫦娥四号中继星任务实时阶段VLBI观测的时延、时延率和定位结果的精度,讨论了定位归算在嫦娥四号中继星轨控弧段实时轨迹监测中的应用。在中继星进入Halo轨道的过程中,能够实时监测到定位归算结果给出的轨道根数变化,以实时监测变轨情况,并通过事后与定轨结果比对,判断定位结果的正确性与准确性,从而为后续飞行任务提供了一种新的Halo轨道实时监测的方法。 展开更多
关键词 嫦娥四号中继星 VLBI 变轨 定位归算 HALO轨道
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嫦娥四号中继星伞状可展开天线关键技术研究 被引量:9
17
作者 陈国辉 王波 +8 位作者 华岳 张欣 赵将 郑士昆 肖勇 马小飞 陈岚 张爱兵 高永新 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期166-174,共9页
嫦娥四号中继星伞状可展开天线采用发射时收拢、入轨后展开的可展开结构方案,有效地解决了中继星应用中的多项技术难题.天线在轨成功展开、在轨性能稳定和承受极低温环境性能不发生破坏是保证中继通信任务成功的前提,对应了天线展开技... 嫦娥四号中继星伞状可展开天线采用发射时收拢、入轨后展开的可展开结构方案,有效地解决了中继星应用中的多项技术难题.天线在轨成功展开、在轨性能稳定和承受极低温环境性能不发生破坏是保证中继通信任务成功的前提,对应了天线展开技术、在轨性能稳定性控制技术和极低温环境适应技术等三项关键技术.本文首先对天线展开技术开展研究,设计采用了缓释弹簧分布式驱动展开技术,对展开技术方案进行了介绍,开展高低温环境下天线展开可靠性验证,为天线在轨展开环境选择提供了指导;其次,开展在轨性能稳定性控制技术研究,从材料选择、结构设计和提高反射面平衡态稳定性等方面采用控制措施,进行天线在轨热分析和热变形测试及预示,结果表明在天线最大在轨热变形情况下,天线型面精度仍满足指标要求,确保了天线在轨性能满足任务要求,并验证了天线在轨热变形控制措施的有效性;第三,针对天线在轨经历极低温环境,设计了部件级试验验证结合整机仿真分析的试验验证方法,很好地解决了极低温环境的验证问题,天线经历极低温存储后,结构无损坏,性能无下降,满足天线在轨环境适应性的要求,有效地支撑了嫦娥四号中继星中继通信任务的顺利执行. 展开更多
关键词 嫦娥四号中继星 伞状可展开天线 展开 在轨型面精度稳定性 极低温环境验证
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