天琴的有效载荷架构与指向控制策略研究

天琴是一个拟议的空间引力波探测任务，其特点是位于高地球圆轨道上的三角形星座。该任务包含三颗无拖曳控制卫星，以及具有对远程卫星严格光束指向要求的长距离激光干涉测量。对于有效载荷架构和指向控制策略，每颗卫星配备两个检验质量（每个激光臂一个），并旋转整个光机组件（每个组件由望远镜、光学平台、惯性传感器等组成）以补偿星座呼吸角，这是天琴的一个重要选项。在本文中，我们考虑扰动轨道和轨道重力梯度，从科学模式下检验质量和卫星控制的角度考察了其适用性。首先，基于轨道-姿态耦合关系，估计了检验质量悬浮控制所需的静电力和力矩，发现其对于加速度噪声预算而言足够小。进一步优化倾向于将两个检验质量的质心配置为与卫星质心共线且等距，并将组件枢轴沿敏感轴向前偏离电极外壳中心少许。其次，计算了卫星所需的控制力和力矩，并在卫星具有顶部平坦遮阳罩且太阳角变化的约束下，找到了推力分配方案。研究结果为天琴采用双检验质量和望远镜指向方案开了绿灯。