衛(wèi)星微振動及控制技術(shù)進展

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1、航空學報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252015Vol36No82609-2619LSSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．crlhkxb@buaaedu．cn衛(wèi)星微振動及控制技術(shù)進展孟光1’3一，周徐斌21．上海航天技術(shù)研究院院部，上海2011092．上海衛(wèi)星工程研究所所部，上海2002403．上海交通大學機械與動力工程學院，上海200240摘要：高分辨率是衛(wèi)星發(fā)展的重要方向，而制約衛(wèi)星有效載荷分辨率提高的重要因素之一就是衛(wèi)星微振動。因此，近年來衛(wèi)星微振動及其控制問題

2、越來越受到關(guān)注。本文從微振動的來源和特點出發(fā)，按照微振動傳遞路徑上的控制方式，對國內(nèi)外微振動領(lǐng)域的研究成果進行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，重點介紹了微振動控制技術(shù)在衛(wèi)星微振動領(lǐng)域的應(yīng)用，并按照微振動控制的方式，介紹了微振動被動控制、微振動主動控制以及大撓性部件微振動控制方法。結(jié)合工程實際應(yīng)用，對微振動控制設(shè)計中需要注意的剛度、阻尼及多自由度耦合性問題進行了說明。同時，簡單介紹了工程上常用的其他微振動控制方法。最后，對微振動控制的發(fā)展作了簡短評述和展望。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星；微振動；振動控制；高分辨率；遙感中圖分類號：V475文獻標識碼：A文章編號：i000—6893(2015)0

3、8—2609—1l科學技術(shù)以及國防軍工的發(fā)展對衛(wèi)星的高分辨率等性能提出了更高要求。迄今，中國已經(jīng)研制并發(fā)射了如高分～號[】3等分辨率達亞米級的衛(wèi)星。制約衛(wèi)星分辨率提高的因素多種多樣，其中，由星上活動部件引起的微振動對敏感載荷性能的影響引起了國內(nèi)外研究學者的持續(xù)關(guān)注。這里的微振動是指衛(wèi)星在軌運行期間，主要由轉(zhuǎn)動部件(如動量輪等轉(zhuǎn)動部件、太陽電池陣驅(qū)動機構(gòu)等步進部件、相機擺鏡等擺動部件等)正常工作造成的衛(wèi)星幅度較小的往復運動或振蕩。微振動的主要特點是幅值小、頻帶寬、控制難。微振動產(chǎn)生的位移一般在微米量級甚至更小，但是其危害卻十分顯著，尤其對于高軌衛(wèi)星，由于距離地球較遠

4、，微振動可能造成觀測的巨大誤差并嚴重影響成像質(zhì)量。微振動的頻率范圍從極低頻到數(shù)千赫茲，其中幾赫茲到幾百赫茲范圍內(nèi)的振動能量較大，不易衰減。微振動由于振幅小，在機械結(jié)構(gòu)中的傳播機理復雜，使依賴于摩擦耗能的減振方法性能下降，而且微振動測量易受環(huán)境噪聲影響，對姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)，使控制設(shè)計更加復雜。對此，各國學者對衛(wèi)星在軌微振動控制進行了大量研究E2-3]。本文在簡單介紹國內(nèi)外衛(wèi)星領(lǐng)域微振動研究進展后，結(jié)合工程實際，按振動控制手段進行分類，對微振動控制方法以及微振動控制設(shè)計過程中所需要注意的問題進行總結(jié)。1衛(wèi)星微振動控制的分類從振源傳遞到敏感載荷的傳遞路徑如圖1

5、所示。從傳遞路徑上來講，衛(wèi)星的微振動控制分為振源控制、傳遞途徑控制以及敏感載荷控制。收稿日期：2015-05—25；退修日期：2015-05-26；錄用El期：2015．05．28；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-06—1615：59網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201506161559．003．htmI基金項目：國家級項目；上海市科委項目(14XDl42300)*通訊作者Tel：021—24180148E-mail：gmeng@sjtu．edu．cn引用撂武；MengG，ZhouXB．Progressreviewof

6、satellitemicro-vibrationandcontroI￡J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(8)：2609—2619．孟光，周徐斌．衛(wèi)星微振動及控翻技術(shù)進展[如．航空學報，2015，36(8)：2609—2619．航空學報Aug．252015V01．36No．8Note：CMGs--Controlmomentgyroscopes．圖1微振動在衛(wèi)星中的傳遞路徑Fig．1Transferpathofmicro—vibrationinsatellite1)振源控制首先，從根本上來講，要減弱甚至消除振

7、動產(chǎn)生的源頭。飛輪(反作用輪(RW))作為衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，工作時產(chǎn)生的擾動是影響有效載荷成像質(zhì)量的主要擾動源。飛輪的振動主要由飛輪的不平衡、內(nèi)部共振、軸承缺陷、馬達波動等因素引起，其中質(zhì)量不平衡和軸承缺陷是最主要的因素[4]。因此，提高飛輪制造精度和采用高精度軸承是降低振源的根本。其次，要控制振源部件對外的影響，可以在振源與傳遞路徑之間采取振動隔離措施，或?qū)φ裨床扇∫欢ǖ南翊胧Ｄ壳?，對飛輪隔振的主要手段為安裝隔振裝置。GeneralMotors公司的密封流體隔振器，安裝在飛輪內(nèi)圈平衡架的軸端，用于隔離飛輪的振動。圖2所示為Kamesh提出的附加

8、壓電片的飛