超低轨道卫星热控分系统原子氧防护设计

为满足超低轨道卫星长寿命的使用要求,必须对星表经受累计大剂量原子氧通量的热控材料进行原子氧防护,或选择具有原子氧耐受的热控材料,以保证星上仪器设备在整个寿命周期中都能维持良好的工作环境。对国内外航天器上常用热控材料的原子氧影响研究结果进行了分析,对原子氧对各种材料的侵蚀机理及侵蚀速率进行了总结,并据此给出在轨道高度为268 km上的超低轨道卫星的热控设计建议,为国内超低轨道卫星的热控设计提供参考。

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。

超低轨道卫星技术发展与展望

介绍了国外超低轨道卫星的发展历程,重点对近年来在超低轨道成功飞行的重力场与稳态洋流探测器(GOCE)和超低轨测试卫星(SLATS),从卫星轨道飞行剖面、任务效能、轨道维持等方面进行了介绍。分析了超低轨道卫星面临的低阻力构型设计、电推进、轨道维持、原子氧防护等关键技术,以及超低轨道卫星的技术特点,展望了超低轨道卫星在遥感、物理场探测等方面的应用前景,并给出了超低轨道卫星的发展建议。

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。

超低轨道卫星技术发展现状及应用

筑梦太空的征程任重而道远,加强超低轨道应用研究,是航天强国全面发展的必然选择。本文阐述了超低轨道卫星技术及比较优势,解析了超低轨道卫星试验情况,探析了超低轨道卫星关键技术,最后分析了作战应用潜力,以期抛砖引玉推动我国超低轨道卫星技术的创新发展。

空间环境对超低轨道卫星轨迹规划的影响

针对超低轨道卫星受空间环境影响显著,对特定目标的轨迹规划难度大的问题,分析了经验大气模型中空间环境参数预报的预报误差以及空间环境参数预报对轨迹规划的影响。在目前空间环境参数预报的误差特性的基础上,建立了轨道控制量和空间环境参数双变量的轨迹评估规划的算法,通过轨迹规划评估后选取最优轨迹规划方案。该算法能够很好地适应空间环境参数的变化,降低空间环境参数预报误差带来的轨道控制风险。目前,该算法已在某超低轨道卫星的轨迹规划中得到成功应用,对需要考虑空间环境因素影响的较低轨道卫星的轨迹规划与控制具有一定的借鉴意义。

超低轨道地球卫星脉冲星/星光折射/光谱组合导航

针对超低轨道地球卫星导航自主需求,提出了一种脉冲星/星光折射/光谱测速组合天文导航方法。首先根据地球超低轨道卫星运行轨道动力学方程建立导航系统状态模型;分别根据脉冲到达时间差和星光折射角与天体光谱频率建立导航系统量测模型;使用Unscented卡尔曼滤波方法,降低随机误差对导航精度的影响,使用基于UKF的信息融合方法,有效融合了三种天文导航方法结果数据。经计算机仿真分析,该组合导航方法位置导航误差均值为85.62m,速度误差均值0.190m/s,能够满足超低轨道地球卫星在轨运行导航需求。

太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响

面向当前第25太阳活动周,评估太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响。通过对超低轨道重力卫星进行轨道仿真和分析GOCE任务数据,得出大气阻力的变化规律,并获得了太阳活动极大年附近任务和极小年附近任务对携带工质量的影响、地磁暴对电推进系统保持“无拖曳”工作的影响。结果表明:其余情况相同下,卫星在太阳活动低年附近任务的工作轨道高度可较高年降低约20 km,有利于提高重力信号强度。强地磁暴通常引起超低轨道卫星阻力增加30%~90%,飞行控制需为克服地磁暴影响留足够的推力裕度。推力器设计应保证最大推力的10%~70%推力区间具有高比冲,且着重考虑此区间的寿命问题。