GEO卫星寿命末期离轨控制策略

根据机构间空间碎片协调委员会(IADC)1997年的建议,提出了一种采用多次两脉冲霍曼变轨对寿命末期地球同步轨道(GEO)卫星实施离轨控制的策略。分析了剩余燃料充足时变轨中燃料消耗的计算,以及剩余燃料不足时应采用一次两脉冲霍曼变轨使卫星尽可能离开GEO的对策。仿真结果表明,该离轨控制策略可行。

立方体卫星自主离轨控制系统设计

立方体卫星的设计寿命较短,其失效后成为空间碎片的问题备受关注。国内外科研团队设计出离轨帆装置来增大卫星迎风面积,从而缩短卫星离轨时间。传统的离轨帆需要在卫星星务计算机的控制下完成烧线展开任务,在星务计算机失效后,离轨帆无法得到烧线展开指令,卫星则不能在规定时间内离开轨道。为解决此问题,文中基于STM32F103系列处理器实现离轨帆自主展开控制,并对脉冲功率电源进行研究,将锂聚合物电池作为烧线过程中的第二电源,提高电源系统的功率密度。结果表明,在控制模块的作用下,脉冲功率电源在烧线过程中充当主要的供能模块,可实现离轨帆装置的自主展开功能,顺利完成卫星离轨任务。

GEO卫星寿命末期异常情况下离轨控制策略

为及时有效处置卫星寿命末期在轨突发情况,有针对性地做好卫星离轨的各项准备,控制与减小突发异常危害和不良影响,根据离轨控制要求,对异常情况下实施离轨的控制策略进行分析,提出了在燃料受限情况下"小步逼近"的多批次双脉冲离轨控制策略,以及在离轨控制时间受限情况下"大步远离"的短时间大控制量离轨控制策略,并通过仿真对控制策略进行了验证。结果表明,"小步逼近"控制策略能在燃料受限时尽可能地逼近坟墓轨道,"大步远离"控制策略能在较短的时间内将卫星送入坟墓轨道,该策略适用于GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)卫星寿命末期异常情况下的离轨控制。

升力式再入飞行器离轨制动研究

针对一种升力式再入飞行器———通用航空飞行器进行全球攻击时离轨推力的控制和相应的下降轨道特点,对其再入角的选择等关键技术进行了深入分析,最终得到了依据远地点半径和可施加的Δv的范围来确定最优离轨推力角和下降椭圆轨道的有工程意义的结论。在此基础上进一步分析了切线制动和非切线制动的再入轨道特点,同时依据已知条件得到了再入角的最佳控制范围。所得结论亦可用于一般升力式再入飞行器初步轨迹的设计。

考虑面内外摆角对电动绳系离轨过程的参数影响分析

利用电动绳系实现空间碎片自主离轨有广阔的应用前景。受洛伦兹力矩和重力梯度力矩作用,绳系姿态将在当地垂线附近振荡。首先采用拉格朗日法建立电动绳系面内外姿态动力学模型;随后结合国际地磁场模型,给出洛伦兹力和洛伦兹力矩的计算方法;最后结合姿态动力学模型和高斯摄动方程,建立了电动绳系离轨数值仿真模型,在考虑无摆角、仅有面内摆角、有面内外摆角的条件下,对电动绳系离轨过程进行仿真对比。仿真结果说明,电动绳系姿态振荡对离轨有明显影响,只有考虑绳系姿态,才能精确预测轨道参数的变化。

空间绳系组合体的继电型控制离轨策略

为了使空间绳系组合体更好地完成空间碎片清理任务,提出一种更接近工程实际应用的继电型推力(Bang-Bang)离轨控制策略。利用带有差动间隙的Bang-Bang控制策略,实现绳系组合体切向的继电式推力加速;设计了一种全新的被动式卷扬机构,以避免在使用继电式推力离轨的过程中多次开关发动机对绳系组合体带来的负面影响;针对径向推力设计了输入受限的滑模控制器,且最终控制指令同样以继电式推力形式实现,抑制了离轨过程中绳系组合体的面内摆动。数值仿真结果显示,继电型推力能够实现与连续推力近似的效果,能够将绳系组合体的摆动角度抑制在一个较小的范围内;整个离轨控制策略能够使得空间绳系组合体在保持姿态稳定的前提下将空间碎片拖曳到坟墓轨道。

地球同步轨道废弃卫星清理方法初步研究

美国IRIDIUM 33卫星与俄罗斯COSMOS 2251卫星相撞事件表明解决在轨卫星相撞事件已经是现实问题.文章分析了失效卫星轨道长期变化规律和对工作在同步轨道航天器的影响,给出了2009年7月两颗地球同步轨道卫星非常接近的计算实例,尽管碰撞并未发生,但同步轨道上由于两颗卫星距离太近而进行规避控制已经是卫星在轨测控的重要内容.基于现成的卫星制造和控制技术,提出了一种清理失效卫星的设想,清理卫星由母星和子星组成,子星体积小且质量轻,用于捕抓失效卫星并将其带离同步轨道,母星携带足够燃料停留在定点位置,用于给子星补充燃料,使子星能够反复使用.文章设计了轨道接近和捕获策略,推导了计算公式,分析结果表明该方法能够充分节省燃料,理论上只需要几颗清理卫星就可以清理干净地球同步轨道.