全电推进GEO卫星的变轨策略研究

针对采用全电推进平台的GEO卫星的轨道转移问题,在给定电推进轨道控制模型的基础上,开展卫星由GTO向GEO的变轨策略研究。首先,在轨道远地点高度不变的基础上,给出了给定控制解析解的变轨策略,并给出了该种策略轨道控制律的解析解。其次,文章基于李雅普诺夫优化原理给出了优化的变轨策略,并结合仿真算例计算了该种策略控制律的数值解。在电推进优化转移策略研究的基础上,还分析了全电推进平台卫星在不同推力下的变轨时间需求。文章的变轨策略可为电推进系统在航天领域的应用提供参考。     

GEO卫星全电推进技术研究及启示

介绍了国外地球静止轨道(GEO)通信卫星典型平台波音卫星系统-702SP(BSS-702SP)的全电推进技术;分析了全电推进平台的优势,包括有效载荷承载率高、整星质量小和发射成本低;从电推进系统、变轨策略和有效载荷运输能力方面介绍了当前的技术水平;给出了发展全电推进通信卫星的几点启示,即加速发展电推进技术和全电推进姿态轨道控制技术,以及辐射防护和长期变轨期间的运行管理技术。     

地球轨道卫星电推进变轨控制方法

针对地球同步轨道（GEO）卫星,采用电推进系统完成转移轨道变轨。采用基于Lyapunov函数的反馈控制方法确定时间最短变轨策略。首先在开普勒模型下研究变轨过程,然后在开普勒模型的基础上考虑地球J2项摄动和地球阴影,最后在全引力模型下研究变轨过程,即在开普勒模型的基础上考虑地球非球形引力摄动、日月第三体引力摄动、太阳光压摄动和地球阴影。仿真结果显示在变轨过程中摄动项不可忽略,除地球J2项摄动外还应该考虑日月第三体引力摄动和太阳光压摄动。对比上述三组仿真结果,发现考虑摄动后轨道转移时间的增加比燃料消耗的增加更为明显。数值仿真结果表明本文研究对未来的全电推进任务具有良好的通用性和应用参考价值。     

全电推进GEO卫星平台发展研究

介绍了国外电推进系统在地球静止轨道(GEO)卫星上的应用阶段,以及包括波音卫星系统-702SP(BSS-702SP)在内的主要全电推进卫星平台;总结了全电推进卫星平台在商业市场竞争、平台技术创新、中型通信卫星市场需求方面的发展动因;提炼了全电推进卫星平台涉及的大推力、高比冲、双模式电推进系统,以及全轨道、小推力、自主变轨和位置保持等关键技术;提出了我国全电推进卫星平台开发的目标及发展途径。     

小卫星的推进系统

小卫星推进系统可以完成多种功能：变轨、轨道保持、姿态控制、重新定位以及离轨等。先进化学推进系统和低功耗电推进系统是现代小卫星的理想选择。近期可供小卫星应用的推进系统包括高压Ｉｒ／Ｒｅ双组元推力器、电弧推力器、霍尔推力器、脉冲等离子体推力器。业已证明，这些推进系统可以在目前计划中的许多小卫星上发挥其用武之地。本文综述了这一技术领域的最新进展。     

全电推商业卫星平台研究综述

近年来,电推进技术在空间推进中的应用越来越普遍,电推进系统主要应用于低地球轨道、同步地球轨道和星际任务三个方面。在轨道转移过程中,与传统双组元化学推进系统需消耗数吨推进剂相比,全电推进完成从地球转移轨道到同步地球轨道的变轨过程仅需数百千克推进剂,从而能够有效降低发射质量,显著提高商业效益。基于全电推进的商业卫星平台能够较大限度地提升卫星荷载比、充分发挥卫星平台承载能力,并提升卫星平台综合性能。从调研电推进系统研制和应用现状入手,介绍了国外全电推商业卫星平台开发情况,借鉴国外发展模式并结合我国电推力器研制基础和能力,提出了国内全电推商业卫星平台总体方案。     

美国AEHF军事通信卫星推进系统及其在首发星上的应用

美国先进极高频（AEHF）项目将采用4颗运行于地球同步轨道（GEO）的AE—HF军事通信卫星。AEHF卫星的推进系统由远地点发动机、姿态控制发动机组和双模式霍尔电推进子系统组成。首发星AEHF-1是世界上首个采用霍尔电推进系统执行发射后轨道提升任夯的GEO卫星。AEHF-1卫星星箭分离后,远地点发动机未能正常工作,因此...     

GEO电推进卫星轨道漂移策略研究

为满足GEO卫星定点位置调整的需求,利用电推力器在GEO上的控制方法,以轨道倾角、漂移经度和漂移率为目标,提出了一套结合南北位置保持的GEO卫星电推进轨道漂移策略。通过分析电推进平台在进行位置保持时的电推力器控制方法,设计电推力器点火策略,得出了漂移阶段推力器点火时刻及时长的计算方法,并分析出漂移各个阶段时间的估算公式。利用龙格库塔法对该策略进行了数值仿真验证,结果表明:文章中提出的电推进平台轨道漂移策略能够在无须姿态大幅调整并不增加额外燃料消耗的基础上完成对目标经度的轨道转移,满足漂移任务要求,并保证轨道倾角在漂移过程中稳定在0.01°以内。     

空间电推进应用及技术发展趋势

充分调研分析了国外空间电推进技术及典型应用情况,详细介绍了电推进在GEO卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、中低轨道航天器无拖曳控制与高精度姿态控制、空间太阳能电站轨道维持等领域的空间应用情况。对电推进在国内不同领域的应用需求进行了分析,包括GEO卫星位置保持和全电推进、近地小行星探测等深空探测主推进、低轨航天器无拖曳控制和轨道维持、(超)低轨小卫星编队飞行及(微)小卫星精确轨道控制和空间太阳能电站轨道维持等任务。电推进技术正朝着高功率、大推力、低功率、微小推力、宽功率范围推力连续可调、高比冲、长寿命和多模式方向发展。针对电推进在不同应用领域的需求及电推进技术发展方向,提出了我国未来20年拟开展的电推进技术研究项目。     

一种GEO卫星平台电推进轨道转移技术

为解决传统化学推进方式比冲小、燃料携带量大等问题,将化学推进平台改为全电推进平台。全电推进可节省卫星燃料,增加卫星载重比,延长卫星使用寿命,并且支持"一箭双星"发射。通过调研国内外全电推进卫星平台的进展情况,设计出使用电推进的轨道转移方案,并与传统推进方式进行对比。分析结果表明:卫星发射质量为2 700 kg,使用2台300 mN的推力器并联工作,从地球同步转移轨道(GTO)至地球同步静止轨道(GEO)的转移时间约为6个月,消耗燃料约650 kg,可满足任务需求。     

我国空间推进技术研究现状及发展

空间推进是航天器实现轨道机动和姿态控制的动力源。经过60多年的发展，我国在空间推进方面逐步掌握了化学推进、电推进、在轨补加等一系列关键技术，实现了从常规有毒向新型无毒的转变，以及从化学能推进向更高能量密度推进的升级，形成了型谱化空间推进产品，并成功应用于我国运载火箭、载人航天、人造卫星、深空探测、空间防务等领域，支撑了国家航天重大型号任务，促进了空间科学技术的发展和应用。本文首先总结了我国空间推进取得的成绩，然后对化学推进、电推进的发展历程、关键技术攻关进行了综合分析，最后提出了空间推进技术的发展趋势。     

空问化学推进技术的发展

空间化学推进技术包括双组元推进、单组元推进和微推进技术。双组元推进技术的发展，一方面依赖于采用高能推进剂和提高燃烧室压力，另一方面依赖于推进剂提高密度、降低毒性和降低冰点。硝酸羟铵基单组元推进剂密度比无水肼大40％，蒸汽无毒，冰点低于-20℃，有望取代无水肼。现在比较成熟的两个配方硝酸羟铵-甘氨酸-水体系和硝酸羟铵-甲醇-水体系。纳米卫星则需要从微牛级到毫牛级推力的微推进技术。     

Investigation Into Cost-Effective Propulsion System Options for Small Satellites

The paper summarizes research into cost-effective propulsion system options for small satellites. Research into the primary cost drivers for propulsion systems is discussed and a process for resolving them is advanced. From this analysis, a new paradigm for understanding the total cost of propulsion systems is defined that encompasses nine dimensions – mass, volume, time, power, system price, integration, logistics, safety and technical risk. This paradigm is used to characterize all near-term propulsion technology options. From this effort, hybrid rockets emerges as a promising but underdeveloped technology with great potential for cost-effective application. A dedicated research program was completed to characterize this potential. This research demonstrated that hybrid rockets offer a safe, reliable upper stage option that is a versatile, cost-effective alternative to solid rocket motors. Finally, an innovative technique was derived to parametrically combine the diverse cost dimensions into a useful, quantifiable figure of merit for mission and research planning. Overall, it is shown that the most cost-effective solution is found by weighing all options along the nine dimensions of the cost paradigm within the context of a specific mission.     

离子推进及其关键技术

介绍离子式电推进的工作原理、性能参数、发展历史和现状。阐述了发展离子推进需攻克的关键技术，其中包括提高性能（比冲、推力、工质利用率等）、延长工作寿命、与卫星的相容性、离子光学系统等。     

电推进在深空探测主推进中的应用及发展趋势

随着太阳能电池阵列电功率的不断增长,高比冲电推进在深空探测主推进任务中的应用成为现实,且有明显增加趋势。在我国实施两次月球探测任务之后,深空探测将成为我国航天领域的重要组成部分。从20世纪90年代末开始,美国、日本和欧洲相继发射了四个由电推进执行主推进的深空探测器-深空一号探测器、隼鸟号小行星探测器、智慧一号月球探测器和黎明号小行星探测器,极大地提升了深空进入能力,且获得了很多科学数据。本文分析深空探测主推进对电推进的需求,对电推进在深空探测主推进任务中的应用现状进行综述,分析关键技术和发展趋势,为我国深空探测推进技术发展提供参考。     

基于氢化镁的核电/核热双模共质空间核动力技术

针对未来空间任务对能源和动力日益提高的需求,提出了基于氢化镁的核电核热双模共质空间核动力技术。该技术以一种储氢密度高、热稳定性较好,能够以常温常压储存的氢化镁作为工质,通过核能加热后氢化镁分解成为核热推进可用的高压氢气和电推进可用的单质镁,并结合高效动态热电转换系统,形成大功率核电源、大功率超高比冲核电推进、高比冲氢气核热推进以及大推力镁核热推进多种工作模式。基于氢化镁的多模共质空间核动力技术解决了低温推进剂、气态工质在空间应用时的存储安全性和存储密度低的问题,其具备的多种工作模式能够针对不同任务需求提供相应的能源或者动力输出,提高核动力飞行器任务能力。     

太阳能热推进的研究与发展

概述了太阳能热推进(STP)的系统组成和工作原理,重点介绍了STP的研究进展、关键技术及其在潜在应用领域中的性能优势,关键技术有高性能太阳能主聚光器的研制和吸收器／推力室高温热结构的设计,并根据国外研究现状,提出了国内开展太阳能热推进研究的若干建议。     

MPT在探月中的应用方案初探

借鉴“东方红3号”卫星的推进系统组成和“SMART-1”探月器的飞行轨道,提出了2种微波等离子体推力器(MPT)应用于月球探测器的推进系统方案(即复合推进方案和统一推进方案),分析计算了MPT用于姿态控制时对推进剂耗量的影响及用于主推进变轨时推进剂耗量和飞行时间的变化,并讨论了MPT的电源系统带来的附加质量。结果表明,在付出一定飞行时间代价的条件下,MPT的引入将大大增加有效载荷质量。     

国外卫星推进技术发展现状与未来20年发展趋势

新形势下航天技术的发展对推进技术提出了更高的要求,无论在技术的广度和深度上都是前所未有的,如15年以上静止轨道卫星和8年以上低轨道卫星对高性能长寿命推进系统的要求、电推进技术的应用、微小卫星轨道保持的应用和深空探测对先进推进技术的依赖等。本文从先进化学推进技术、电推进技术、微推进技术和新概念推进技术4个方面分析了国外卫星推进技术的发展状况,总结了未来20年卫星推进技术的发展趋势,给出了对我国今后技术发展的启示。     

美国微波电热推力器的发展历史与研究现状

概述了微波电热推力器（MET）的系统组成和工作原理,回顾了MET的发展历程,重点介绍了美国MET的研究进展与现状、关键技术及其在潜在应用领域中的性能优势,关键技术有微波谐振腔工作模式的选取和谐振腔结构的设计,并根据国外研究现状．提出了国内微波电热推进的研究方向。