深空探测器在轨推力器参数辨识方法

信思博，赵训友，郑艺裕，李绿萍

上海卫星工程研究所，上海 200240

1 引言

中国火星探测器天问一号于2020年7月23日发射，随后进入地火转移轨道。不同于常规地球高轨卫星，天问一号探测器仅需不到一周时间完成变轨，在接下来的任务飞行中，需经历中途修正、近火制动捕获、环火轨道调整和保持、器器分离等变轨流程[1-2]，涉及推进系统多次工作，其状态的稳定与健康与否直接决定任务的成败。此外，地面需根据推力大小、方向偏差、燃料比冲等参数制定轨控策略，其实际工作参数的稳定直接影响策略的制定和修正，因此通过在轨参数辨识，分析推力大小、推力方向、整器质心等参数尤为必要[3-6]。例如日本的隼鸟号小行星探测器利用飞轮转速变化识别出霍尔推力器故障，采取了相应的补救措施[7]，避免了航天器完全失效。

通常在轨推进系统参数标定主要依靠测定轨结果反算推力器产生的冲量。该方法主要针对主发动机的参数标定，可以根据点火时长遥测标定出推力大小和推力方向。而姿控推力器由于推力过小，难以对轨道产生较大影响，因而无法标定。此外，地面还常常根据轨控期间管路压力变化，估算发动机推力，但该方法严重依赖发动机地面试车结果，当卫星在轨的管路温度、空间外热流等环境发生变化时，通常该方法无法准确反映发动机推力特性。文献[8-9]用递推最小二乘法对航天器质心参数进行标定，进而推算出推力器推力大小。……