大型环柱天线卫星姿轨一体化全推进系统设计

来源：振动与冲击杂志2025年第11期北京时间：

作者：王诗杰，孙敏哲，高峰，季奕jiyi@hit,,，孙光辉,，董富祥

单位：1.哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001；2.哈尔滨工业大学空间环境与物质作用前沿科学中心，哈尔滨150001；3.哈尔滨工业大学复杂系统建模与仿真全国重点实验室，哈尔滨150001；4.中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部，北京100094

摘要：大型环柱天线卫星作为地球静止轨道上的关键空间结构，其任务是在该轨道上提供高速信息传输和稳定的通信服务。这要求卫星具备精确的轨道保持和姿态控制能力。由于此类卫星通常具有更大的质量和特殊的结构设计，该研究利用高精度轨道预报算法，通过精细建模分析了非球形摄动、太阳光压和三体摄动等关键空间环境因素对此类卫星空间运行的影响规律。进一步地，参考编队飞行重力场测量卫星的设计理念，该研究针对此类卫星提出了基于推力器布局优化的分布式全推力控制策略。在此基础上，还提出了一种基于Laguerre函数的改进显式模型预测控制算法，将设备能力限制和性能需求转化为输入、输出约束，结合多参数二次规划实现了对大型环柱天线卫星的姿轨一体化控制。仿真结果表明：在稳定运行期间，该卫星的位置保持误差可控制在米级范围内，姿态角误差优于0.03°，该控制算法的计算效率显著高于标准模型预测控制算法和基于Laguerre函数的模型预测控制算法，且占用的硬件内存远低于显式模型预测控制算法。通过理论分析和数值验证，该研究为算力有限的星载计算机实现大型环柱天线卫星在复杂空间环境中的全推力器集成控制提供了一种有效解决方案。<br>

关键词：大型环柱天线卫星；空间环境；姿轨一体化；模型预测控制；全推力设计；Laguerre函数