基于迭代修正方法的严格回归轨道设计

通过分析太阳同步回归轨道的轨道根数和星下点经度/纬度的关系,推导了一组轨道根数的修正公式。基于高精度轨道动力学模型和升交点位置确定方法,构造了关于轨道半长轴和轨道倾角的迭代修正方法。针对偏心率矢量的动力学系统所具有的极限环特性,构造了平均法求其解析近似,从而实现冻结轨道特性对偏心率和近地点幅角的迭代修正。结合迭代修正,得到一组严格回归的轨道根数。该轨道能够重访空间目标点,具有较高的回归精度。     

高精度重力场下回归轨道半解析优化设计

为解决太阳同步回归轨道的标称设计问题,提出一种基于高精度重力场的半解析优化方法。建立地球非球形引力摄动阶数为J15 的高精度重力场解析模型,并分离出引力摄动的长期项和长周期项。构建回归轨道从半长轴到平交点周期的对应关系,平交点周期变化随引力摄动阶数的提高而逐渐收敛。通过微分修正迭代算法所确定的半长轴相对于传统J2摄动模型的半长轴确定值具有更高的精度和更好的稳定性。考察摄动短周期项影响下的密切交点周期,结果表明其受初始位置(平近点角)影响较大,变化范围为0.015s,并由此给出精确回归轨道优化设计的基准：不同的初始位置上满足星下点轨迹严格回归的半长轴期望值。     

倾角偏置太阳同步轨道的地面轨迹保持方法

为在倾角偏置条件下保持太阳同步轨道卫星的地面轨迹,在考虑地球扁率摄动、大气阻力摄动和太阳引力谐振等主要影响因素,以及卫星地面轨迹允许漂移范围的基础上,采用主动超调与被动控制结合的策略,提出了一种初始半长轴偏置后的卫星地面轨迹保持方法。分析了半长轴和倾角摄动变化率,以及初始半长轴和倾角偏置量对地面轨迹漂移的影响。仿真结果表明,该法可基本满足设计阶段的精度要求。     

太阳同步兼回归轨道的控制方法

本文给出了太阳同步兼回归轨道的一种控制方法,并提出用偏置半长轴补偿倾角误差引起的地面轨迹漂移。在轨道保持中采用了超调模式。 该方法适用于地球观测卫星的普遍情况,并可用于这类卫星的轨道设计。     

入轨精度对降交点地方时的影响分析

先提出太阳同步轨道的设计方法和降交点地方时的计算方法,然后以降交点地方时偏差作为评价标准,采用正交试验设计方法分析入轨精度对其影响。实例计算结果表明,入轨偏差将导致降交点地方时随时间积累不断漂移,轨道倾角偏差对降交点地方时的影响最大,半长轴偏差的影响次之,而偏心率偏差的影响最小。     

载人飞船自动化轨道设计方法研究

为提高戢人飞船轨道设计的自动化程度和快速性,对自动化轨道设计方法进行了研究.分析了裁人飞船不同阶段飞行轨道的约束条件,用约束条件首先确定了轨道的半长轴取值范围,由回归条件可确定回归圈数的取值范围;在给定的回归和返回条件下,迭代求解运行轨道的轨道半长轴与倾角;根据运行轨道设计结果,反推初始轨道和留轨轨道的轨道根数.自动化...     

太阳帆绕地球周期轨道研究

  地球同步和太阳同步卫星在各个领域有着广泛的应用。静止轨道是一种特殊的地球同步轨道,轨道资源有限。利用化学推进或电推进可以实现轨道高度不同的同步轨道,如悬挂轨道,但需要消耗较多的燃料,工程上无法承受。本文考虑利用太阳帆实现地球同步和太阳同步轨道。太阳光压力在轨道平面内沿拱线方向,选择光压力与平面的夹角使得轨道平面的旋转速率与太阳光同步。研究表明,设计合适的半长轴和偏心率可以使得轨道旋转速率与地球自转速率一致。假设太阳光与赤道平面平行,可以得到准静止轨道,太阳帆将在传统静止轨道的附近运动,星下点的经度将在一个固定值附近振动。实际上太阳光是与黄道面平行,黄道面与赤道面之间存在夹角。考虑黄赤交角的情况下,太阳帆将在一定纬度和经度范围内运动。适合于对某个区域进行长期观测任务。     

太阳同步回归轨道的轨道面外运动及在轨数据分析

针对近地太阳同步回归轨道的轨道面外运动,基于在轨遥测数据分析了轨道倾角和降交点地方时的运动变化规律。日月三体摄动对轨道倾角产生了长周期和短周期的运动,基于数据驱动方法进行了不同周期运动的辨识与分解,并与经典的解析解进行了比对。解析解反映的倾角半月周期运动与在轨数据基本一致,可以作为倾角半月周期运动的预报依据。基于轨道面外运动特征,分析了自主轨迹保持任务中虚拟编队构形参数与轨道面外参数的相关性。在精确回归轨道保持时充分考虑了轨道面外运动的特征,降低了自主轨道面外控制的频次。研究结果可以作为轨道面外运动轨迹优化的基础。     

基于计算机的低地球轨道航天器设计与观测的轨道碎片环境模型

文章介绍了一个半经验的基于计算机的轨道碎片模型。该模型将轨道环境简化为6个不同的倾角带,每个倾角带都有各自的半长轴和近地点分布及根据不同的碎片来源有其各自的尺寸分布。用碰撞概率方程将轨道碎片分布与航天器上的碎片通量或通过地面探测器视角的通量联系起来。经比较,碎片的半长轴、近地点和倾角分布与美国空间司令部大于10cm的碎片目录是一致的。对于较小的碎片,这些分布与地面望远镜、“干草堆”雷达的测量结果一致,同时也与LDEF卫星和航天飞机的测量结果一致。     

太阳同步卫星的轨道设计

在轨道六要素的基础上，分析了卫星太阳同步轨道设计时降(升)交点地方时、升交点赤经，以及冻结轨道参数等的确定方法。并给出了在轨道交点周期、回归圈数、回归周期、重复周期和其他因素等约束条件下的轨道设计要点。最后给出了一个轨道高度750～800km，卫星太阳同步轨道、冻结轨道和回归轨道的算例。     

定时定点月面着陆全程轨道控制设计

针对定时定点月面着陆的目标要求，提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划，实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数；根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系，修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明，在入轨偏差轨道条件下，保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致，实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。     

嫦娥一号月球探测卫星轨道设计

嫦娥一号卫星航天使命的主要科学目标是对月球及月地空间进行多种遥感探测,航天使命设计的主要和基本的部分是卫星飞行轨道的设计,其中包括在飞行过程中的轨道控制策略的设计。嫦娥一号的这条飞行轨道由三大部分组成:第一部分是绕地飞行的调相轨道,它们由周期为16h、24h、48h的三段轨道组成;第二部分是关键的地月转移轨道;第三部分是200km高度绕月飞行的使命轨道。文章给出了整个飞行轨道的设计思想。     

火星卫星的冻结轨道研究

冻结轨道是一种稳定的轨道,地球、火星、月球的卫星因引力场的南北不对称,都存在冻结轨道.由于主星体引力场的不同,它们卫星的冻结轨道也有不同的特性.地球卫星的冻结执道的偏心率非常小,对卫星遥感非常有利,国内外已有相当多的近地遥感卫星采用这种轨道.月球卫星的冻结轨道偏心率随轨道倾角的不同有很大的变化,对月球卫星冻结轨道的研究...     

考虑地球扁率效应的两圆轨道之间的双共切最优转移

两圆轨道之间的双共切转移轨道是其近地点和远地点分别在这两个圆轨道上的椭圆轨道。本文用两次冲量法给出了沿双共切椭圆轨道实现从一圆轨道向另一圆轨道转移的最优方案，并考虑到地球扁率造成的轨道摄动。文中的所谓圆轨道指的是变轨时刻的密切轨道为圆形的轨道，是对近圆轨道的近似替找。     

考虑地球扁率的大椭圆轨道编队飞行优化设计

大椭圆轨道上卫星编队的相对运动特性及其所受摄动力的影响给编队轨道设计者提出了新的挑战.本文总结了大椭圆轨道卫星编队的五种基本形式,利用数值积分法计算了主星轨道倾角、近地点角和平近点角初值对地球扁率作用下基本编队形式相对位置极值点漂移量的影响规律.结合零J2项摄动条件,提出基于主星平近点角初值的J2项编队相对轨道优化设计方法,进而获得瞬时根数描述的编队初始条件.仿真算例表明：优化设计结果可以明显降低大椭圆轨道编队卫星的相对漂移量,与平根数描述的编队初始条件的设计结果相比,相对距离极大值点的漂移量降低约81.8681%,验证了基于主星平近点角初值的大椭圆轨道编队优化设计方法的可行性.     

Two-craft tether formation relative equilibria about circular orbits and libration points

The relative equilibria of a two spacecraft tether formation connected by line-of-sight elastic forces moving in the context of a restricted two-body system and a circularly restricted three-body system are investigated. For a two spacecraft formation moving in a central gravitational field, a common assumption is that the center of the circular orbit is located at the primary mass and the center of mass of the formation orbits around the primary in a great-circle orbit. The relative equilibrium is called great-circle if the center of mass of the formation moves on the plane with the center of the gravitational field residing on it; otherwise, it is called a nongreat-circle orbit. Previous research shows that nongreat-circle equilibria in low Earth orbits exhibit a deflection of about a degree from the great-circle equilibria when spacecraft with unequal masses are separated by 350 km. This paper studies these equilibria (radial, along-track and orbit-normal in circular Earth orbit and Earth–Moon Libration points) for a range of inter-craft distances and semi-major axes of the formation center of mass. In the context of a two-spacecraft Coulomb formation with separation distances on the order of dozens of meters, this paper shows that the equilibria deflections are negligible (less than 10^?6°) even for very heterogeneous mass distributions. Furthermore, the nongreat-circle equilibria conditions for a two spacecraft tether structure at the Lagrangian libration points are developed.     

关于旋进椭圆的讨论

根据Bertrand定理关于轨道闭合的条件,我们知道当中心引力的形式为径向距离的幂次型函数时,并不总能导致闭合轨道,即运动的质点不一定能返回到它自己的轨迹上去。这个定理指出:一切运动质点其初始条件稍微偏离圆轨道的要求条件时,只有当引力满足平方反比律(即牛顿万有引力定律)或线性定律(即虎克定律)时,轨道才是闭合的。 本文试图采用分析力学中作用角变量的方法,对一般情形下的轨道闭合条件进行讨论。这里我们看到使初始轨道接近于圆轨道的假设是不必要的,而且力的类型可推广到包括平方反比和其它幂次型的力。我们证明了轨道闭合的判别公式,并得到在上述情形下轨道非闭合的结论。 最后,如果中心引力包括有r~(-2)项和r~(-3)项时,象相对论性改正后所得到的那样,轨道就不再是闭合的,而是一旋进椭圆形轨道,椭圆的旋进角速度可以容易地计算出来。     

Navigation Solution to Maneuver a Spacecraft Relative to a Sphere Centered on a Cooperative Satellite

A differential correction algorithm is presented to deliver an impulsive maneuver to a satellite to place it within a sphere, with a user defined radius, centered around a non-maneuvering satellite within a constrained time. The differential correction algorithm develops and utilizes the State Transition Matrix along with the Equations of Motion and multiple satellite?s state information to determine the optimum trajectory to achieve the desired results. The results from the differential correction algorithm are very accurate for prograde orbits, as presented. The results allow for orbit design trade-offs, including satellites? initial inclinations, semi-major axes, as well as the ballistic coefficients. The results also provide an empirical method to determine the optimum ΔV$\mathrm{\Delta }V$ solution for the provided problem. Understanding that the minimum fuel solution lies with a semi-major axis ratio of 1, a very accurate empirical approximation is presented for semi-major axis ratio values less than and greater than 1. This work ultimately provides the generalized framework for applying the algorithm to a unique user defined maneuvering spacecraft scenario.