脉冲推力
本文作者:天疆说
定义
脉冲推力(Impulse Thrust)是一种理想化的推力模型,假设在极短时间内施加速度增量(),使航天器速度发生瞬时变化而位置不变。脉冲推力主要采取化学推进方式。
核心要素
基本概念
脉冲推力模型假设速度增量 在瞬时完成施加,航天器位置不变而速度发生阶跃变化。这一理想化模型简化了轨道机动的分析和设计,是轨道力学中 Lambert 问题和轨道转移理论的基础假设。
技术特征
脉冲推力的核心参数为速度增量 ,其大小由 Tsiolkovsky 火箭方程决定:。脉冲推力主要用于化学推进系统,推力作用时间远小于轨道周期,典型量级为秒级。
实现方法
在轨道保持控制中,脉冲推力通过靶点法等闭环策略实现:在预设机动点测量轨道状态偏差,计算所需 ,然后在该点执行短时点火。控制频率通常为一个轨道周期一次或数次。
与连续推力的对比
| 特征 | 脉冲推力 | 连续推力 |
|---|---|---|
| 推力时间 | 极短(瞬时) | 持续 |
| 推进方式 | 化学推进 | 电推进、太阳光压 |
| 控制方式 | 闭环控制 | 开环控制 |
| 燃料消耗 | 较低 | 较高 |
| 轨道确定 | 与轨道确定耦合 | 与轨道确定解耦 |
在轨道保持中的应用
脉冲推力轨道保持是一个闭环过程,其燃料消耗通常低于连续推力方法。在 DRO 轨道保持控制中,常用的方法是靶点法,通过在预设的机动节点施加脉冲推力来维持轨道。
应用价值
脉冲推力模型在地月空间轨道保持和轨道转移设计中广泛应用。在 DRO 轨道保持中,脉冲推力与靶点法结合可实现低燃料消耗的闭环控制。相比连续推力方案,脉冲推力策略的燃料消耗通常更低,且与轨道确定过程解耦,便于工程实现和误差分析。
相关概念
参考文献
- 陈昱桔. 面向地月空间态势感知的DRO轨道设计与控制研究[D]. 2024.
