服务轨道维持“鹊桥”计算精度的评估

位于地月L2点Halo轨道的“嫦娥四号”中继星,每3~4天需要通过动量轮卸载和轨道维持两种方式进行构型保持。针对“嫦娥四号”中继星机动频繁、控制精度高的特点,根据平动点轨道特性,在旋转坐标系分析了定轨误差分量对轨道控制参数计算的影响,得出影响轨道维持效果的定轨误差主要为旋转坐标系X-Y平面的速度误差。在此基础上提出一种服务轨道维持控制定轨精度评估的统计学方法,设计了平动点飞行期间轨道的计算策略,对中继星使命轨道的定轨精度开展评估,结果表明,目前测量条件下可为轨道维持提供的定轨精度为1~3mm/s。

长期在轨运行卫星的轨道维持技术

本文研究近地轨道卫星长期在轨运行的轨道维持问题。轨道维持的任务是将卫星的星下点轨迹保持在设计的参考轨迹附近。近地轨道卫星所受的摄动力包括地球引力摄动、日月摄动、大气阻力摄动和光压摄动等,而影响卫星轨道星下点漂移的主要因素是大气阻力摄动。本文给出了一种新的卫星轨道维持策略,数学仿真表明了其有效性。

Halo轨道维持的线性周期控制策略

共线型平动点附近的Halo轨道具有指数不稳定性,轨道维持是必不可少的。推导了基于Halo轨道的误差动力学方程,并证明其一阶近似即为线性周期系统。以一次维持的作用时间为离散步长,并通过定常变换,将所得误差动力学化为线性离散定常系统;则仅需通过极点配置,即可实现Halo轨道镇定。研究结果表明,利用Halo轨道周期性设计的线性周期控制策略,可以满足轨道维持任务的需要。

轨道维持与机动的最优控制

从航天器的轨道运动学方程出发 ,运用线性离散系统最优控制理论 ,提出了一种用于航天器轨道维持与轨道机动的最优控制方法 ,建立了相关的最优控制模型并给出了求解该模型的算法。仿真计算结果表明 。

超低轨道卫星摄动特性分析及轨道维持方法

针对超低轨道卫星长时间在轨飞行的轨道维持问题,分析了超低轨道平均偏心率矢量变化特性,提出了一种超低轨道维持的控制方法。分析了J2、J3摄动以及大气阻力摄动作用下超低轨道卫星偏心率矢量的变化特性;基于能量守恒原理设计了超低轨道高度维持的控制策略;通过仿真算例验证了控制策略的有效性。结果表明:在地球非球形引力摄动、大气阻力摄动和速度脉冲作用下超低轨道平均偏心率的变化是稳定的,所设计的轨道维持方法不仅能够实现超低轨道高度维持,确保平均偏心率矢量收敛至平衡位置,且用于轨道维持的燃料消耗合理,能够满足长时间的超低轨道飞行要求。

轨道维持与调相的综合优化策略研究

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考.

载人航天器与空间站共轨飞行轨道维持策略

针对载人航天任务中面临的与空间站保持长期共轨飞行的轨道问题,分析了航天器在地球扁率J_2项摄动以及大气阻力摄动作用下,长期共轨飞行航天器半长轴、相位和升交点赤经的变化特性,并设计了仅通过面内调整同时实现面内和面外调整的共轨维持的控制策略。通过仿真算例验证了控制策略的有效性,轨道维持的燃料消耗合理。可为我国载人航天器与空间站共轨方案设计提供参考。

航天器的一种轨道维持方法

采用限制星下点轨迹漂移范围的方式,研究了航天器的轨道维持方法。建立了轨道参数控制的轨道动力学模型,在简化模型的基础上,计算了航天器轨道维持的各种参数。

地月平动点中继应用轨道维持

地月平动点中继应用轨道对于月球背面探测具有十分重要的应用价值,由于地月平动点的不稳定性,必须进行轨道维持。文章研究了真实力模型下月球平动点中继应用轨道的维持。首先,基于限制性三体问题下平动点轨道的运动特性,研究了平动点轨道维持的数学模型与维持策略,提出了平动点轨道维持的连续环绕控制方法,并给出了轨道维持的Halo和Lissajous两种控制方式;其次,充分考虑各天体和光压摄动下,采用数值手段研究了不同幅值的地月平动点周期中继应用轨道的维持间隔与速度增量等。研究结果表明:Lissajous控制方式适用于月球平动点中继应用轨道的维持,在给定测控精度条件下,维持间隔约7.4d,速度增量优于20m/s/a。该方法已经成功应用于我国"嫦娥2号"日地平动点任务和"嫦娥5T1"地月平动点任务并获得了良好的控制效果,还可直接应用于我国未来"嫦娥4号"等月球背面探测任务。

基于动力学的弹道导弹目标轨道维持算法

在弹道导弹目标跟踪过程中会由于地形遮蔽、弹头姿态变化、雷达威力等原因出现短时间内无法检测而导致目标丢失。经重新捕获后发现丢失目标,此时若不进行目标轨道维持,则无法判断新捕获目标与之前丢失目标是否有关联,不利于整体态势显示。本文提出了弹道导弹目标轨道维持算法,对跟踪的目标航迹周期性进行轨道外推,一旦目标丢失,重新捕获后的目标需要与外推轨道进行匹配,匹配上的目标保持丢失目标的批号。通过仿真实验对弹道目标进行了验证,结果表明该算法能够实现目标轨道维持。

月球卫星轨道高度长期保持的轨道维持策略

本文针对月球卫星轨道高度的长期保持进行了研究，采用数值积分外推轨道方法分别对2种类型的月球轨道：1）200km高度的极轨圆轨道；2）200km高度的极轨优化设计轨道的近月点高度演化规律进行了分析，确定了这2种类型轨道的高度长期保持的轨道维持策略。

多目标多约束组合体与飞船轨道维持优化

针对天宫二号/神舟十一号任务组合体运行与飞船返回要求,建立了升交点经度、轨道偏心率、指定时刻轨道高度及速度倾角等多目标特征参数的控制方程;根据组合体至飞船撤离准备各阶段的飞行特点,分析了近圆轨道偏心率中长期演化情况以及飞船返回双脉冲控制量随控制时间的变化规律,提出了通过两次组合体与飞船联合规划来满足不同约束的控制策略;根据撤离后飞船、天宫以及伴星的相对运动关系研究了结合规避控制的飞船双脉冲维持优化控制方案。最后依据神舟十一号任务的飞行过程,设计算例验证了该方法的有效性,具有较好的工程应用价值。

一种IGSO卫星轨道维持时的偏航角调整策略

针对倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道维持问题,提出了在轨卫星在各种不同工况及约束下的偏航角调整策略。其目的在于减小偏航角的调整范围以及缩短偏航角调整时间,减小轨道维持过程对卫星业务连续性的影响。分析了偏航角的运动规律,以及升交点赤经对偏航角的影响。在此基础上,根据轨道维持时升交点赤经的不同、太阳高度角范围、轨道控制的时间约束、交叉点位置约束等不同情况,分别给出了卫星轨道维持时偏航角的调整方法及推力器选择方案。对于交叉点位置在中国境内的卫星,可以使偏航角调整范围不超过45°。此方法可应用于在轨卫星轨道维持管理的实践中。

立体测绘卫星快速轨道维持技术探讨

立体测绘卫星对星下点轨迹要求较高，轨道维持频繁。目前轨控策略是载荷需在轨道维持24小时之后才能工作，载荷使用效率低；同时，轨道维持需要4个测控弧段，占用测控资源多。本文提出了一种缩短卫星控制窗口的快速轨道维持策略，并从星上实现和满足用户需求两方面论证了该策略的可行性。

带有控制增益自校正的甚低轨道卫星自主轨道维持方法

为实现甚低轨道的长期稳定运行,分析了甚低轨道的摄动特性,设计了一种带有轨控增益校正的自主轨道维持方法。该方法可通过前一次轨控的结果对轨控增益进行校正,提高轨控算法对卫星质量、推力大小等不确定因素的鲁棒性,逐渐提高轨道控制的精度。对轨道控制的频率、每次轨控的时间长度及对偏心率的影响进行了分析,仿真结果表明:自主轨道维持方法能实现甚低轨道高度维持控制,在参数不确定的情况下,与传统算法相比可大幅提高轨道控制的精度,确保平均偏心率矢量收敛,满足甚低轨道卫星的长寿命要求。所设计的算法结构简单,运算量小,可由目前的星载计算机实现。

共轨飞行航天器轨道特性分析

针对与空间站长期共轨飞行的航天器轨道维持问题,文章基于相对轨道参数演化方法,考虑J 2摄动、大气阻力、轨道机动等因素,推导了两航天器升交点赤经、倾角、相位、半长轴等参数间的解析关系,提出了一种共轨飞行的标称轨道设计方法和对应的维持策略,此外,进一步推导了定轨误差、控制误差、环境预报误差和面质比误差对共轨飞行轨道的影响。仿真结果表明:文章提出的解析计算方法与数值仿真结果相比具有较高的精度,给出的维持策略和误差分析方法简化了共轨飞行的轨道设计,在空间站共轨飞行任务中具有重要工程应用价值。

天宫一号完成2014年首次轨道维持

2月中旬，天宫一号成功实施了2014年首次轨道维持。地面分别于2月18日和2月19日完成两次轨控，准确提升轨道高度，刷新了天宫一号在轨运行高度。

天宫一号完成2014年首次轨道维持

天宫一号成功实施了2014年首次轨道维持。地面控制中心分别于2月18日和2月19日完成2次轨控，准确提升了其轨道高度，刷新了天宫一号在轨运行高度。

天宫一号完成2014年首次轨道维持

近日，天宫一号成功实施了2014年首次轨道维持。地面分别于2月18日和2月19日完成两次轨控，

超低轨道卫星应用离子电推进技术方案

低地球轨道大气环境对诸如科学探测和对地观测卫星的阻尼作用十分明显,而且阻尼随太阳和地磁活动以及昼夜、季节交替变化范围宽。为了保证卫星轨道精度或飞行状态满足任务要求,需要利用推进系统对卫星受到的阻尼进行实时或间歇式补偿以实现轨道或飞行状态的保持。针对轨道高度220~268 km的无拖曳飞行和轨道维持应用,基于卫星轨道阻尼变化和有效载荷指标要求分析,研究确定了离子电推进技术指标、推力调节方案、系统组成、推力控制方案和在轨应用策略,并对推力调节方案进行了试验验证。结果表明,与无拖曳飞行卫星任务匹配的离子电推进指标为推力调节范围1~20 mN,推力分辨率优于12μN,与对地观测卫星轨道维持任务匹配的指标为推力调节范围1~25 mN,推力分辨率100μN。研究提出的针对超低轨道卫星应用需求的高精度推力连续调节离子电推进技术方案,具有工程任务针对性和参考价值。