摘要:

太阳帆利用太阳辐射压力提供太空航行的必要动力,由于具有理论上的无限速度和无需消耗任何燃料等优势,被认为是完成未来深空探测任务的有效技术途径之一.柔性太阳帆航天器的动力学模型包括多体动力学、刚柔耦合动力学和太阳辐射光压模型,复杂的动力学特性导致其姿态控制设计具有很强的挑战性.针对带有控制杆的柔性太阳帆航天器,本文采用拉格朗日方程和有限元法,给出了面向控制的解析式动力学模型.所推导的刚柔耦合动力学模型,刻画了太阳帆航天器的本质动力学特性,即双框架控制杆的短周期运动,姿态与柔性太阳帆的耦合效应,以及在太阳光压恢复力矩下的姿态静稳定性和长周期运动.基于带控制杆的太阳帆航天器的双时间尺度特性,提出了双回路控制结构,用于实现航天器俯仰轴和偏航轴的姿态控制.将内回路设计为PD控制器,用于实现质心位置的调整.将外回路设计为PID控制器,用于阻尼姿态运动,并实现在平衡太阳光压力矩下的姿态保持.从而将柔性太阳帆航天器的复杂姿态控制问题转化为两个低阶子问题,实现了在不同频带上的控制设计.仿真结果验证了动力学建模和姿态控制设计方法的有效性.

摘要:

分析了较高轨道(a＞ 10000km)大面质比空间碎片的轨道动力学演化问题.重点讨论了位于地球同步轨道的空间碎片轨道演化问题,并给出轨道偏心率随时间演化的表达式.通过进一步分析得出,倾角大于63°26′的GTO轨道空间碎片,仅在J2和第三体摄动影响下,会出现轨道偏心率升高；而对于大面质比空间碎片,在J2项和太阳光压同时作用下,当近地点指向的角变率与太阳平黄经变化率接近时,会出现长期共振现象,导致轨道偏心率升高,近地点降低.分析还得出,轨道演化过程中,偏心率的最大值与初始轨道近地点的指向有关.

摘要:

提出了基于太阳光压宏观模型的星载GPS定轨方法,用于在星上确定地球静止卫星轨道.融合卫星运动学信息和星载GPS观测,采用积分滤波法得到连续的轨道解；针对星上太阳光压难以建模的问题,利用宏观模型方法计算GEO卫星所受的光压力.给出了作用在平面板、球形和圆柱形上的光压计算公式,并以“风云四号”卫星为例,建立了相应的宏观模型.最后进行了仿真实验,结果表明所提出的方法可行有效,可以提高GEO卫星定轨精度.

摘要:

为改进使用圆形限制性三体模型设计轨道时缺乏摄动分析的不足,提高轨道设计的精度,对星历模型地月系统平动点拟周期轨道设计方法进行了研究.在不设置假设条件的前提下,考虑月球真实轨道及地球、月球和太阳的影响,在地心J2000惯性坐标系中建立平动点附近航天器高精度的星历模型.以圆形限制性三体中的周期轨道作为迭代初值,用星历表数据对轨道进行拼接获得所需的拟周期轨道;用多步打靶法替代单步微分修正进行迭代,对轨道上各节点进行校正以获得所求的拟周期轨道,给出了轨道设计步骤.仿真结果表明:所提方法可有效获得地月系统平动点附近拟周期轨道,提供满足真实动力学环境的轨道,有效节约轨道保持所需的燃料.该方法有较大的工程应用价值.

摘要:

从某颗在轨卫星地面轨迹漂移“异常”出发,分析了该现象发生的内在机理,建立了零偏模式下(卫星姿态偏航角保持为零)光压摄动力沿迹方向累积效应解析模型,并基于历史观测数据通过轨道改进估计模型参数.最后,利用该卫星2018年真实地面轨迹对新模型预报精度进行验证.结果 表明,采用新模型后,卫星地面轨迹漂移预报误差得到明显改善,为该卫星轨迹保持控制策略制定提供了技术支持.

摘要:

针对高面质比航天器可以利用太阳光压进行轨道控制的特点,本文提出一种太阳帆航天器编队构型维持和重构的方法.该方法通过控制主从航天器太阳帆姿态角和反射系数,调整主从航天器之间的光压差,产生抵消编队成员间相对运动受到摄动差或进行轨道机动时所需的连续小推力,从而实现编队构型的维持和重构.仿真结果表明,在主航天器太阳帆的姿态角和反射系数相对固定的条件下,对于太阳同步轨道上的高面质比太阳帆航天器编队,使用滑模控制方法,能够调整编队中从航天器太阳帆的姿态角和反射系数产生推力抵消摄动力影响,达到长期维持太阳帆航天器编队构型的目的;通过开环控制方法,能够调整编队中从航天器太阳帆的姿态角和反射系数产生连续小推力,在较长时间周期内实现编队重构.

摘要:

针对导航卫星自主运行低功耗、高精度的需求,在综合考虑卫星本身物理性质和光压产生机理的基础上,提出一种适用于卫星自主运行时在轨计算的光压模型.利用精密星历反解太阳光压模型参数的方法,分析三种典型光压模型的参数特性及其精度.通过对轨道拟合和轨道预报的精度分析比较,在传统球模型的基础上,提出一种3参数的改进球模型.以GPS卫星为例的仿真结果表明,改进球模型以3个待估参数达到Bern模型(9参数)短期轨道预报精度的80%,其长期轨道预报精度也呈现出较好的特性,模型性能满足卫星自主运行的需求.

摘要:

对“嫦娥二号”(CE-2)卫星进入环绕日地拉格朗日L2点的李萨如轨道后卫星喷气卸载所产生的影响进行了研究.提出了一种利用光压力矩辅助卫星太阳电池翼角度调整进行角动量管理的方法.在轨试验表明,太阳光压强度足够对飞行在L2点环绕轨道上的CE-2卫星进行角动量管理,可以大幅度减少动量轮在轨喷气卸载的次数,有利于CE-2卫星的轨道维持.

摘要:

利用北斗精密星历作为伪观测值拟合了伯尔尼( BERN)光压模型和球光压模型的光压参数，并利用所求参数分别进行了轨道外推。通过分析轨道拟合和外推精度得到如下结论：在1 d的弧段上，BERN模型对于3类卫星GEO，IGSO和MEO的拟合精度相当且精度优于10 cm；球模型对于GEO和IGSO的轨道拟合精度相当且精度优于50 cm，明显低于其对MEO的拟合精度；对于GEO和MEO以及IGSO卫星6号星，利用BERN模型得到的外推轨道比利用球模型得到的外推轨道精度高；但对于8号，9号及10号IGSO卫星而言，利用球模型得到的外推轨道比利用BERN模型得到的外推轨道精度高。