科普 | 揭秘对卫星进行姿态控制的重要性

卫星姿态是指卫星星体在轨道上运行所处的空间指向状态。将直角坐标系的原点置于星体上，指向地面的Z轴反映偏航方向，Y轴反映俯仰方向，X轴反映滚动方向。星体在高空中沿局部地球铅垂方向和轨道矢量方向运行，不时地产生对三轴的偏移。姿态控制是通过姿态控制分系统（ACS）来实现，使用地平扫描仪可感应俯仰和滚动轴的姿态误差，使用速度陀螺仪和罗盘可感应偏航轴的姿态误差。

在太空中，卫星是在失重的环境下。在太空中，卫星是在失重的环境下飞行，如果不对它进行姿态控制，它就会乱翻筋斗。

比如，

通讯卫星需要它的天线始终对准地面

对地观测卫星则要求它的观测仪器的窗口始终对准地面。

根据对卫星的不同工作要求，卫星的姿态控制方法也是不同的。按是否采用专门的控制力矩装置和姿态测量装置，可把卫星的姿态控制分为被动姿态控制和主动姿态控制两类。

被动姿态控制，就是利用卫星本身的动力特性和环境力矩来实现姿态稳定的方法；主动姿态控制则根据姿态误差形成控制指令，产生控制力矩来实现姿态控制的方法。

姿态的稳定通常采用以下几种方式：

①三轴稳定。依靠姿态控制分系统使卫星偏航轴方向始终保持与当地铅垂线方向一致，以保对地观测传感始终对准地面。

②自旋稳定。卫星自转轴对空间某点取向固定，使其姿态保持稳定。

③重力梯度稳定。在地球重力场作用下，转动物体的转轴逐渐达到平衡状态，与重力梯度方向一致，即同当地垂直线方向一致，以保持卫星姿态的稳定。