空间惯性传感器检验质量动力学与控制研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31781

Abstract

Abstract:

Again the backdrop of space gravitational wave detection missions， this paper reviews the cutting-edge research progress in the dynamics modeling， control strategy determination， and controller design of space inertial sensors used to provide precise inertial reference benchmarks， The paper first introduces the role and structural configuration of space inertial sensors in space gravitational wave detection missions， provides an analytical description of the sensor voltage driving process， and introduces the corresponding sensor operating modes. Then， under the configurations of two types of gravity wave detection missions corresponding to the drag-free spacecraft， the process of establishing the dynamics model of multiple test masses within the inertial sensor is described. Subsequently， in response to the requirements of the detection mission， this paper reviews the relevant issues and methods of electrostatic suspension control for inertial sensors， describes the necessity and urgency of studying the electrostatic suspension control issues for space inertial sensors， and summarizes and prospects the frontier research issues of this control technology.

Key words: space inertial sensor, spacecraft dynamics, test mass electrostatic suspension control, space gravitational wave detection, drag-free spacecraft

CLC Number:

V448.2

Shufan WU, Xiaoyun Sun, Qianyun ZHANG, Qiang SHEN, Yu XIANG. Research progress in test mass dynamics and control of space inertial sensor[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(17): 331781.

Figures/Tables 22

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故障类型	故障特点	采取措施
单极板故障	缓变，精度下降	诊断、控制律重构
多极板故障	缓变，在某些轴向失去功能	诊断、重构，启用备份件
空间强干扰	精度极大下降	诊断，按严重程度进行控制律重构或锁紧
振动冲击	可能带来设备损毁	锁紧

典型阶段	典型模式	切换条件	关键动作
①发射入轨	锁紧保护模式	发射开始前	锁紧夹紧爪
②释放	释放模式	轨道转移和编队保持	打开夹爪
③捕获	加速度计模式	黏滞力100 μN量级	静电捕获
④关键参数标定	寄生刚度测量，接触势差测量与补偿，磁场耦合测量，参与电荷测量与补偿	完成捕获后	各参数标定模式间切换
⑤科学测量阶段	科学测量模式	卫星处于最小扰动状态	最小扰动态观测
⑥安全应急模式	故障模式	当某通道、某模块、某单机出现故障时	引入故障诊断与容错控制模块

Research progress in test mass dynamics and control of space inertial sensor

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