基本概念

航天主动姿态控制是根据姿态误差（测量值与标称值之差）形成控制指令，产生控制力矩实现姿态控制的方法，是航天器姿态控制的一种方式。1

实现方式主动姿态控制系统由姿态敏感器、控制器和执行机构（也称力矩器）组成。姿态敏感器的作用是敏感和测量航天器的姿态变化；姿态控制器的作用是把姿态敏感器送来的姿态角变化值的信号，经过一系列的比较、处理，产生控制信号输送到姿态执行机构；姿态执行机构的作用是根据姿态控制器送来的控制信号产生力矩，使航天器姿态恢复到正确的位置。2

常用设备常用的航天器姿态敏感器有陀螺仪、红外地球敏感器（见地球敏感器）、太阳敏感器、恒星敏感器、磁强计和射频敏感器等。为了不间断地获得姿态信息，常用陀螺仪和光学姿态敏感器（地球、太阳、恒星敏感器）构成组合式姿态测量基准。由陀螺仪提供短期姿态信息，由光学敏感器提供校准信号来修正陀螺的漂移。

常用的执行机构（见航天器姿态控制执行机构）有喷气执行机构、磁力矩器和飞轮。喷气执行机构通过排出高速气体或离子流对航天器产生反作用力矩，实现航天器的姿态控制。磁力矩器利用航天器内通电绕组所产生的磁矩和环境磁场作用来实现控制。飞轮是一种由电机驱动的高速转动部件，通过航天器与装在航天器内的飞轮之间的动量交换来控制航天器的姿态。因此，飞轮是一种动量交换式执行部件。某些姿态控制方案要求飞轮保持一定的平均转速，这种飞轮称为动量轮。另一些姿态控制方案要求飞轮平均转速为零，这种飞轮称为反作用轮。飞轮控制最适合于克服作用在航天器上周期性的外部扰动力矩。但是当航天器受恒值外力矩作用时，飞轮的动量矩在某个方向上不断增大，直到飞轮转速达到极限值，这种现象称为飞轮饱和。这时飞轮失去进一步控制航天器姿态的能力。为了使飞轮恢复控制作用，可以利用喷气力矩、重力梯度力矩或磁力矩器产生的力矩使飞轮的动量矩向相反方向发生较大的变化，这种控制称为飞轮卸饱和控制。如果把飞轮轴安装在框架上，不仅可以改变飞轮动量矩的大小，而且可以改变它的方向，这种飞轮叫框架式飞轮，有单框架和双框架飞轮两种。还有一种动量交换式执行部件叫做控制力矩陀螺，即安装在框架内的恒速旋转的飞轮装置，这是一种只靠改变转轴方向来实现控制的执行部件。框架式飞轮和控制力矩陀螺也有饱和问题，也采用与飞轮相同的卸饱和手段。

控制器是利用姿态信息形成控制指令的电子装置。它可以是简单的逻辑电路，也可以是较复杂的信息处理器和控制计算机。3

主动姿态控制优缺点要求对三个轴进行姿态控制的航天器通常采用主动姿态控制。主动姿态控制系统的主要优点是精度较高、灵活性大、快速性好（尤其是喷气控制），但是需要消耗航天器上的能源，控制电路较复杂，成本较高。4