重力梯度力矩作用下近地卫星自旋运动规律分析

为研究近地卫星自旋运动规律,建立了近地卫星在受摄动影响的轨道上运行并受重力梯度力矩作用下的姿态运动模型,推导了自旋角速率满足一定条件下自旋运动的进动角、章动角、自旋角的解析解,对重力梯度作用下的自旋姿态运动规律进行了仿真分析,并用仿真计算结果验证了解析解的正确性。在轨道面缓慢进动情况下,当卫星绕最大主惯量轴自旋时,给出了自旋角速率取值范围表达式,在该取值范围内卫星自旋运动能够跟随轨道面一起进动,自旋轴以恒定的平均角速率进动,章动角在小范围内波动。建立的自旋姿态运动模型和分析结论可用于近地卫星姿态失控后的姿态确定和预测、在轨姿态设计及在轨备份等。     

HEO倾角长期漂移与控制策略

考虑日月引力对卫星轨道的扰动影响,分析了大椭圆轨道(HEO)倾角漂移规律,推导了小倾角HEO轨道的倾角长期漂移解析公式。结合HEO轨道倾角保持要求,给出了相应倾角控制策略。以STK为比较验证软件平台,经仿真分析与比较可知:文中推导的小倾角HEO轨道的轨道倾角解析公式较STK计算偏差在5%以内,验证了解析公式正确性;基于推导的倾角长期漂移解析公式,进行了倾角控制仿真,仿真结果表明了控制策略的有效性,并同时体现了倾角长期漂移解析计算公式在工程中的作用。     

纳卫星热系统的在轨动态特性分析与建模

纳卫星热系统是在复杂空间热环境下实现纳卫星被动热控制任务的基本技术途径,对其进行在轨动态特性分析与建模对纳卫星的热控方法与效果研究及评价具有重要意义.通过详尽的机理分析建立了描述纳卫星热系统在轨飞行过程中瞬态温度变化的3维非线性动态特性模型,阐述了与之配套的外热流分析与轨道运动计算方法,并以一太阳同步轨道纳卫星为例,对其飞行过程中的外热流变化、在轨温度变化响应等动态特性进行了详细的分析和讨论,为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论及技术提供了简便的分析计算模型与方法.      

双自旋通信卫星姿态的选择方法

给出一种选择双自旋通信卫星在任意轨道飞行时最佳通信姿态的计算方法。根据测得的轨道平根数及姿态值,应用微机可对卫星轨道参数、星下点轨迹、地面站跟踪条件、姿态测量参数、卫星的太阳角、对应于各测控站的卫星测控天线增益、对应于各通信站的通信天线增益和波束中心地面轨迹进行快速计算,给出飞行试验需要的全部卫星飞行参数。根据飞行试验中对卫星姿态选择的附加限制,可以选择出最佳通信姿态,保证获得最长的通信时间。     

运载火箭的自旋稳定问题

本文讨论卫星运载火箭末级自旋稳定问题,分析了干扰因素的影响。计算结果表明:卫星入轨点轨道参数的偏差,不仅依赖于干扰因素的性质和作用的大小,而且与末级火箭的转速有关;合理地选择末级火箭的自身旋转速度,可以减少干扰因素对入轨点轨道参数偏差的影响。     

基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述

为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理,能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。     

微小卫星三轴稳定磁控算法工程应用

为降低微小卫星的成本和提高卫星可靠性,研究采用磁力矩器作为唯一执行机构对卫星进行三轴姿态稳定的问题。利用线性二次型调节器（LinearQuadraticRegulator,LQR）最优控制理论分别设计无限时间状态调节器和定常增益状态调节器,实现纯磁控下的微小卫星对地三轴稳定控制。同时结合卫星实际工程应用,以在轨飞行的“开拓一号”卫星为研究对象,分析卫星惯量积、轨道倾角、剩磁干扰、气动干扰等因素对控制精度的影响。仿真结果表明LQR控制器具有稳定性和实用性,在小干扰情况下,控制精度较高。     

内卫星辐射计效应建模与分析

辐射计效应是内卫星的主要干扰因素之一, 是决定内编队重力场测量水平的重要因素. 通过分析内卫星所受辐射计效应产生的原因, 建立了内卫星辐射计效应模型, 并分析了各个参数对辐射计效应的影响及减小辐射计效应的方法. 结果表明, 通过降低腔体中平均压力、内卫星表面和外卫星腔体内壁面温度梯度以及内卫星的面质比均可减小辐射计效应引起的加速度.      

基于InSAR任务性能要求的编队轨道构型设计

为使卫星在飞过特定经纬度地面上空时对应特定的空间基线形式,系统的其他参数常受制于诸多限制,只有编队构型可以进行更为自由的设计。以双星编队为例,研究了基于轨道摄动理论的编队飞行模型;分析了编队飞行InSAR卫星的轨道设计约束条件与设计目标;提出了四种轨道构型方案并对其测高性能进行比较;并分析了地球扁率摄动因素对编队构型及InSAR测高性能的影响。     

GSO卫星系统布设中的通信干扰评估方法

针对地球静止轨道（GSO）卫星系统在卫星和地球站布设中的同频干扰评估问题，设计了地球站及卫星的全球分布对下行和上行通信链路的干扰评估场景，以及考虑波束业务特征影响的多条链路的集总干扰场景，构建了不同场景下的干扰评估和分析计算的模型，提出了一种基于干扰函数极值的评估方法。所提方法通过建立干扰系统地球站的随机分布集合和受扰系统的干扰函数，结合国际电联（ITU）提供的全球地形数据、天线波束参数、电磁波传播模型，能够实现对2个GSO卫星系统间的卫星轨位和地球站布设的定量化计算分析。采用所提方法对位于47°E±6°的GSO卫星系统、位于（23°N，26°E）地球站的同向下行链路，以及位于（23°N，26°E）的地球站对26°E±6°的GSO卫星系统的同向上行链路的干扰情况进行了定量化计算。结果表明:在卫星轨位间隔为2°时的干扰噪声比值为-12.29 dB，与ITU建议书中规定的-12.2 dB的限值之间的误差为0.7%，证明了所提方法的有效性和可行性。所提方法还可以统计GSO卫星系统在任意角度间隔和全球布设场景下的干扰分布情况，对于干扰评估和规避措施的制定具有一定的借鉴意义。      

Formation control using μ-synthesis for Inner-Formation Gravity Measurement Satellite System

Inner-Formation Gravity Measurement Satellite System (IFGMSS) is used to map the gravity field of Earth. The IFGMSS consists of two satellites in which one is called “inner satellite” and the other one is named as “outer satellite”. To measure the pure Earth gravity, the inner satellite is located in the cavity of the outer satellite. Because of the shield effect of the cavity, the inner satellite is affected only by the gravitational force, so it can sense Earth gravity precisely. To avoid the collision between the inner satellite and the outer satellite, it is best to perform a real-time control on the outer satellite. In orbit, the mass of the outer satellite decreases with the consumption of its propellant. The orbit angular rate of the inner satellite varies with time due to various disturbing forces. These two parameters’ uncertainties make the C–W function be not so accurate to describe the formation behavior of these two satellites. Furthermore, the thrusters also have some uncertainties due to the unmodelled dynamics. To cancel the effects caused by the above uncertainties, we have studied the robust control method based on the μ-synthesis. This μ-synthesis eliminates the conservativeness and improves the control efficiency comparing with the H_∞ method. Finally, to test the control method, we simulate an IFGMSS mission in which the satellite runs in a sun synchronous circular orbit with an altitude of 300 km. The simulation results show the effectiveness of the robust control method. The performances of the closed-loop system with the μ-controller are tested by the μ-analysis. It has found that the nominal performance, the robust stability and the robust performance are all achieved. The transient simulation results further prove the control response is fast and the accuracy of the relative position meets the demand of the gravity measurement.     

近圆轨道卫星编队捕获技术研究

基于近圆参考轨道的假设,研究处于同一入轨点多颗卫星的编队捕获方法.首先由高斯型拉格朗日轨道摄动运动方程得到轨道坐标系中控制冲量与轨道根数偏差的关系,基于近圆轨道的条件简化并带入相对运动方程,得到控制冲量与相对运动的关系表达式;通过深入分析各个方向(径向、沿迹向与轨道面法向)的控制冲量对相对运动的影响,给出了分别用径向与轨道面法向控制冲量组合和沿迹向与轨道面法向控制冲量组合实现编队捕获的两种控制策略;最后给出了一个空间圆编队捕获实例,并从燃料消耗、施加冲量次数及捕获时间等角度对比研究了两种控制策略的特点.仿真结果表明,这两种控制策略简单、实用,能够较好地解决近圆轨道卫星编队的捕获问题.      

基于GLONASS星历的预报轨道的误差分析

推导了协议地球坐标系下的卫星运动方程.通过分析由GLONASS(Global Navigation Satellite System)广播星历参数确定的卫星预报轨道的拟合精度,指出了摄动力模型的简化、积分器的选择,以及忽略了极移影响等因素是引起拟合误差的主要因素,其中摄动力模型的简化起最主要的作用.通过对卫星轨道运动方程积分30?min,可知由摄动力模型的简化、积分器和忽略极移影响等因素引起的拟合误差分别为0.827?m,0.224?m和0.025?m.要提高预报轨道拟合的精度,关键是要对摄动力简化特别是地球引力摄动高阶项的截断以及日月引力场简化造成的轨道预报精度损失加以控制.     

由高能电子引发的风云二号C星跳变事件概率分析

通过对地球同步轨道高能电子监测数据(来自GOES)与风云二号卫星跳变事件的对比分析发现, 跳变事件均发生在高能电子增强事件即所谓高能电子暴期间, 因此初步断定, 跳变事件与高能电子引起的卫星介质深层充放电事件有关. 通过对不同通量高能电子增强事件期间所发生的跳变事件发生率进行量化计算, 给出跳变事件发生概率的计算方法, 为卫星在轨运行管理及防护提供参考.      

小卫星围绕空间站飞行动力学和控制研究

研究微小卫星围绕空间站飞行, 监视空间站运行和外观状态, 减少航天员舱外活动。这是小卫星一种新的应用概念。文章主要研究绕飞轨道动力学和稳定性, 以及在有摄动情况下保持绕飞轨道的控制策略。这种控制策略所消耗燃料非常少, 根据仿真实验结果, 绕飞卫星飞行一个月消耗的燃料可产生速度增量约为３～４ｍ ／ｓ。     

空间引力红移实验的原理与精度

通过对文献[4, 5]关于空间引力红移实验原理与精度的分析,根据爱因斯坦惯性力与引力等效的原理,提出在航天器内部,重力的大部分被惯性力抵消,因而其中的微重力比轨道重力小很多(失重).因此,应当把星载原子钟的重力势取为与微重力相当的有效重力势,而不能简单地将星载钟的重力势取为轨道重力势.另外,检验相对论红移需要将理论值与实验值进行对比,这两种数值均具有误差,而检验精度取决于误差较大者.因此,如果不提高地球重力模型(例如EGM2008)精度而只提高测量精度则不能提高检验精度.     

Gravitational neurobiology of fish.

In vertebrates (including man), altered gravitational environments such as weightlessness can induce malfunctions of the inner ears, based on irregular movements of the semicircular cristae or on dislocations of the inner ear otoliths from the corresponding sensory epithelia. This will lead to illusionary tilts, since the vestibular inputs are not confirmed by the other sensory organs, which results in an intersensory conflict. Vertebrates in orbit therefore face severe orientation problems. In humans, the intersensory conflict may additionally lead to a malaise, commonly referred to as space motion sickness (SMS), a kinetosis. During the first days at weightlessness, the orientation problems (and SMS) disappear, since the brain develops a new compensatory interpretation of the available sensory data. The present review reports on the neurobiological responses--particularly of fish--observed at altered gravitational states, concerning behaviour and neuroplastic reactivities. Recent investigations employing microgravity (spaceflight, parabolic aircraft flights, clinostat) and hyper-gravity (laboratory centrifuges as ground based research tools) yielded clues and insights into the understanding of the respective basic phenomena.     

太阳系天体引力对空间引力波探测日心编队构型的影响分析

针对太极空间引力波探测任务,建立了太阳系天体引力摄动对日心编队构型影响的数学模型,利用仿真手段分析了太阳系中行星和月球、矮行星和小行星引力摄动对空间引力波探测日心编队构型的影响,提出了一种综合考虑小行星到卫星轨道距离和星等的二重筛选方法,能够快速估计小行星相对加速度的上界.分析了日心编队构型卫星初始相位角变化对太阳系天体引力摄动的影响.仿真结果表明,在行星和月球中,地球、金星和木星引力对空间引力波探测编队构型影响较大,行星和月球的引力叠加影响达到-2.78×10-11km·-2.矮行星的引力叠加影响不大于1.25×10-17km·-2,小行星引力的叠加影响不大于1.1180×10-15km·-2.另外,编队卫星受到的太阳系天体引力摄动对编队构型卫星初始相位角的变化不敏感.      

卫星编队飞行动力学仿真及其应用

由若干颗小卫星编队飞行组成一个虚拟卫星,其功能相当或超过一颗大卫星,这将开拓小卫星一个完全崭新的应用领域。文章首先研究轨道动力学,系统地研究编队飞行三种动力学模型,其次进行定位卫星和区域导航系统两个实例数学仿真,分析研究各种数学模型的精度和它们的应用场合。     

卫星天线抗静电技术研究的进展

论述了卫星天线的主要电环境：地球同步轨道和低高度极轨空间环境;卫星天线表面充电的危害性; 抗静电膜的发展水平。已研制出了导电膜＋ Ｋａｐｔｏｎ（聚酰亚胺） ＋ 温控漆的复合结构抗静电膜和加有氧化锡的可溶性高聚物涂层。通过环境效应试验、抗静电膜对天线电性能影响的试验和模拟极光充电环境下的充放电评估实验, 证明抗静电膜符合天线性能要求, 并可以有效控制天线表面的充电电位