立方星用太阳敏感器的设计

马霁壮, 王 睿 , 康博南, 杨 罕

(吉林大学 电子科学与工程学院, 长春 130012)

0 引 言

太阳敏感器是航天器在轨飞行过程中用于确定自身飞行姿态的光电传感器。它可为航天器提供当前太阳入射光与航天器上某一平面间的角度位置关系信息, 是实现航天器姿态控制、 任务载荷准确定向的关键传感器之一[1]。当前, 太阳敏感器主要可分为模拟式太阳敏感器和数字式太阳敏感器两种。典型的模拟式太阳敏感器采用光电池[2-5]、 光电二极管[6]等传感单元, 通过测量电学模拟量确定太阳指向； 数字式太阳敏感器则采用线性CCD(Charge Coupled Device)、 CCD阵列[7-8]等传感单元, 对通过光学前端的太阳入射光线在传感平面上的成像位置信息进行采样, 通过微控制器计算太阳矢量。

立方星是一种具有严格的尺寸和重量要求、 实现简单的对地拍摄、 大气观察等任务的微纳卫星[9]。其尺寸重量规定和系统功率要求使立方星上的设备与传统航天器所采用的设备具有不同的设计需求[10]。由于立方星难以安装复杂的姿态控制系统, 多采用简单的姿控手段或不采用姿控。卫星的用户多为大学、 科研机构等非航天相关部门, 地面测控站数量相对较少, 操作者对立方星的测控时间短。因此在有定向需求的任务中, 就需要利用太阳敏感器获取飞行姿态, 保证任务载荷在有限的有效测控时间内指向观测目标。

根据上述设计需求, 笔者设计并实现了一种立方星所使用的数字式太阳敏感器。该设备具有设计简单、 稳定性高、 与立方星的标准架构结合度高等特点。……