在山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境影响”攀登计划创新团队、“山东大学青年卓越计划创新团队”等支持下，前沿交叉科学青岛研究院空间天文物理融合研究中心在空间光学探测卫星微振动技术领域取得新进展，提出了一种引入模态变化的卫星姿态控制反作用飞轮扰动力建模和参数识别方法，提高了反作用飞轮参数识别精度，对于卫星微振动隔振以及优化设计具有重要意义。该成果于 10月19 日以“基于变模态的反作用飞轮扰振力识别方法”（identification of reaction wheel assembly disturbances based on variable modal frequencies）为题在线发表在宇航工程领域顶级期刊《机械系统与信号处理》（mechanical systems and signal processing）（中科院一区，top，if=8.4）上。山东大学为论文第一和通讯作者单位，前沿交叉科学青岛研究院杨林为第一作者，王岩松为通讯作者，合作作者为魏磊和陈耀教授。
微振动是影响空间观测卫星指向精度、稳定精度及成像质量等性能的重要因素，得到了研究者的广泛关注。近年来，随着空间观测技术的发展和空间目标观测能力要求的不断提高，对卫星平台的指向精度和稳定精度提出了更高的要求。光学载荷对卫星姿态控制过程中产生的微小扰动十分敏感，反作用飞轮安装在卫星上（如图1所示），在其扰动作用下，卫星图像会出现模糊和扭曲现象，影响空间目标的识别效果。团队发现，在反作用飞轮扰振力测试过程中，飞轮的模态随转速发生变化。现有方法虽考虑了结构耦合产生的放大效应，但忽略了飞轮模态变化的影响，因而在此场景下会降低飞轮扰振力的建模准确性和参数识别精度。
图1 空间观测卫星(左：空间光学载荷与反作用飞轮位置关系，右：反作用飞轮放大图)
针对以上问题，团队利用高精度扰振力测试设备（如图2所示）和数值仿真开展研究，提出了一种考虑模态变化的反作用飞轮扰振力建模和参数识别方法，将飞轮解析模型考虑为与转速相关的参变系统，分别建立了飞轮的平动运动和摆动运动频率模型和时域模型，并建立了识别模型参数的辨识方法，飞轮扰振力和力矩识别结果如图3所示。
图2 高精度扰振力测试系统
图3 扰振力和力矩识别结果
结果表明：相对于传统的经验方法和解析方法，团队提出了基于变模态的改进型方法，对反作用飞轮扰振力参数的识别精度更高；通过优化转速相关的模态参数识别，可进一步提高本方法对扰振力参数的识别能力。这一研究有效地提高了反作用飞轮动力学模型的准确性，对于航天器微振动仿真、隔振以及优化设计具有重要参考价值。
空间天文物理融合研究中心于2019年5月成立，是我校“太阳爆发及其对行星空间环境的影响”攀登计划创新团队的重要组成部分。近年来围绕科学创新和国家战略重大需求，先后承担了国家重大科研仪器研制、国家重点研发计划和军民融合等科研项目，通过对空间探测载荷关键技术、极光观测载荷研制技术、计算光谱成像技术等科研任务开展研究，进一步推动空间科学及相关学科与航天工程融合发展，实现学科建设新突破，提升我校空天科技创新与承接国家空间探测任务的能力。
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