自旋小卫星姿态动力学建模与控制研究

研究探测近地空间自旋稳定小卫星姿态动力学建模与姿态控制问题,探测任务对该卫星姿态控制有着特殊要求。建模中特别考虑了自旋小卫星双侧伸杆扰动对其姿态运动的影响。利用自旋卫星的章动特性,设计了姿态一章动联合控制器,根据星体横向角速度相位和喷气力矩在惯性空间的方位来确定喷气时刻,采取先章动粗控与进动控制,后章动精控的策略。当卫星受空间扰动力矩长期作用产生较大章动角而需调姿进行轨道机动时,可以应用本控制器方便地调整自旋轴的指向。     

日ETS—6卫星运行状况与今后实验计划

１９９４年８月２８日，日本从种子岛空间中心用Ｈ－２火箭把技术试验卫星－６（ＥＴＳ－６）发射升空，虽然星箭分离成功，但由于远地点发动机点火出现故障，致使卫星未能进入地球同步轨道。现卫星处于近地点高度约７８００ｋｍ、远地点高度约３８７００ｋｍ的椭圆轨道，其轨道倾角约１３°，周期约１４小时，太阳电池帆板缓慢地朝向太阳旋转（每１５分钟转一圈）。日本为了研制这颗卫星用去近４１５亿日元，为尽量减少损失，打算利用该卫星做各种实验，其计划如下。一、已进行的实验从１９９４年９月１日进入现有的轨道，进行了下列一些工…     

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。     

嫦娥一号卫星的地月转移变轨控制

文章阐述了嫦娥一号卫星地月转移阶段(从星箭分离到进入使命轨道)的高可靠、高精度自主变轨控制方案,介绍了飞行轨道、轨控策略及控制参数优化、星上自主变轨控制的系统设计和相关参数的地面标定等,给出了在轨飞行试验的验证结果。     

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。     

一种卫星天文自主定轨定姿方法研究

利用安装在卫星上的太阳敏感器和紫外敏感器测量出的卫星—太阳、卫星—地球和卫星一月球方向矢量，并利用雷达测高仪测出的地心距作为观测量，提出采用广义卡尔曼滤波方法实时地确定卫星绕地球飞行的轨道，同时确定出卫星的对地姿态．对自主定轨进行了数学仿真，分析比较了采样周期、轨道倾角、轨道偏心率和轨道高度等因素对定轨精度的影响．总结了其变化规律，该方法可用于提高卫星自主定轨精度．     

姿态异常下的星体自旋角速度确定方法

摘要： 针对在轨姿态异常后星体高速自旋情况,开展星体自旋角速度确定方法研究.提出一种基于太阳敏感器测量数据确定自旋角速度的方法,并对自旋角速率确定误差进行分析,得到各误差源对确定精度的影响关系;基于角速率确定误差分析结论,给出根据角速度大小选取不同时间间隔测量数据的策略,通过大时间间隔测量数据的选取,保证小角速度情况下的确定精度.所提出方法的有效性通过数学仿真验证,并在实际应用中基于太阳敏感器遥测数据获取在轨姿态异常卫星角速度.     

光压摄动对卫星姿态轨道耦合的影响分析

随着卫星对地测量精度要求的不断提高, 对卫星轨道的精度要求也随之提高. 目前Topex, Jason-1, Jason-2等一系列海洋测地卫星的轨道计算精度已经达到厘米量级, 相应对卫星动力学模型的要求也越来越精细. 以Topex海洋测地卫星为背景, 考虑卫星帆板有规律的运动, 将其几何形状简化为高精度轨道计算中比较通用的Boxing-Wing模型, 计算了Topex卫星的Boxing-Wing模型在轨运行中受到的太阳光压力及光压力矩. 考虑卫星姿态和轨道耦合的情况下, 计算了太阳光压力及光压力矩对Topex卫星轨道半长轴和卫星姿态的影响. 通过一个轨道周期的计算可知, 光压对卫星轨道半长轴的影响大约为9cm, 对卫星滚动角和俯仰角的影响在6°左右, 因此, 在高精度的轨道计算和姿态控制中这个影响是应该考虑的.      

一种基于连续星图观测的自旋姿态估计方法

传统的利用地球敏感器和太阳敏感器作为测量仪器的自旋卫星姿态确定方法存在系统误差和安装误差等,从而导致自旋姿态确定误差较大的问题,文章提出了一种利用星敏感器获取的连续星图估计卫星自旋姿态参数的新方法。该方法以卫星的自旋轴和旋转角速度作为状态变量,通过星敏感器连续跟踪拍摄的恒星的成像位置作为观测量,利用无迹卡尔曼滤波估计出卫星的自旋姿态参数。仿真结果表明,在星敏感器的精度为3″时,该方法的自旋轴估计精度为0.3448″,自旋角速度估计精度为10^-4(°)/s数量级。     

基于卫星自旋的纯引力轨道万有引力干扰抑制

一个称为“内卫星”的验证质量块位于外卫星的内部空腔中,不与外卫星接触而自由飞行,由于外卫星的屏蔽,其不受大气阻力、太阳光压等干扰作用,沿着纯引力轨道飞行。外卫星会对内卫星产生万有引力作用,是内卫星纯引力轨道的主要残余干扰。根据卫星相对运动动力学方程,建立了万有引力干扰对内卫星纯引力轨道影响的分析模型;基于将外卫星绕轨道面法向旋转以调制万有引力的策略,建立了外卫星自旋对万有引力干扰影响的抑制模型。以内编队纯引力飞行系统为例,对比计算了外卫星有无自旋时万有引力干扰对内卫星纯引力轨道的影响。基于模型的分析表明,外卫星自旋能够显著抑制万有引力干扰对内卫星纯引力轨道的长期影响;实例计算表明,万有引力干扰的天长期影响能够降低5~7个数量级。     

日本高速因特网卫星——“纽带”

2008年2月23日,日本“纽带”（KIZUNA）高速因特网卫星（见图1）由H-2A火箭发射升空,火箭将卫星送入近地点250km、远地点35976km、轨道倾角28．5。的地球同步转移轨道后星箭分离;3月1日,卫星完成多波束天线的展开;3月14日卫星进入预定的地球静止轨道。经过3个半月的初始性能测试,卫星各项指标良好,进入正式运行阶段。     

宇航发射满堂红背后的故事

2010年12月18日4时20分,长征三号甲运载火箭于西昌卫星发射中心点火起飞,832秒后星箭成功分离;51分钟后,卫星太阳翼展开,第七颗北斗导航卫星成功进入预定轨道。至此,中国航天科技集团公司共完成15箭20星的全年宇航发射任务,并全部取得成功。此次发射入轨的第七颗北斗导航卫星,是北斗卫星导航系统中第二颗在倾斜轨道上安家的卫星,也是中国2010年     

北斗七星耀太空——中国卫星发射高密度常态化

2010年12月18日4时20分,长征三号甲运载火箭于西昌卫星发射中心点火起飞,832秒后星箭成功分离;51分钟后,卫星太阳翼展开,第七颗北斗导航卫星成功进入预定轨道。至此,中国航天科技集团公司共完成15箭20星的全年宇航发射任务,并全部取得成功。此次发射入轨的第七颗北斗导航卫星,是北斗卫星导航系统中第二颗在倾斜轨道上安家的卫星,也是中国2010年     

卫星互联网星座的新机遇

<正>地球静止轨道卫星的轨道位于赤道平面内,轨道的日周期和与地球的旋转周期相一致,三个卫星就可以实现接近全球覆盖,从而成功地广泛用于通信和电视转播领域。但这种卫星的轨道高度高,路径损失大,信号有较大的时间延迟,也难于实现完全的全球覆盖。卫星星座是按一定规律布置在地球中、低轨道上的一群卫星。从上世纪90年代开始,由于移动通信和互联网的发展,非地球静止     

利用近地点磁场探测数据确定卫星自旋轴参数

阐述了利用近地点磁场探测数据确定卫星自旋轴参数的理论方法和实施步骤,并说明了这种研究对卫星运行和科学探测的重要性.特别强调了需要注意的基本条件,即卫星必须自旋稳定且近地点不很高(1000 km以下).这种方法关键的步骤是,根据卫星轨道数据定出模型磁场数值,比较近地点星载磁强计探测数据和近地点地磁模型数值确定卫星自旋轴的指向.通过对TC-1和TC-2卫星姿态的具体计算,对确定精度和应用效果进行了分析和比较.结果表明,在实际的卫星应用过程中此方法和措施非常有效,在科学分析和将来的卫星运行工程中具有重要的应用意义.      

实践十一号05星成功发射

7月15日17点27分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丙运载火箭将实践十一号05星发射升空,739秒后星箭分离,卫星顺利进入预定轨道。实践十一号05星由航天东方红卫星有限公司研制,主要用于开展空间科学和技术试验。执行本次发射任务的长征二号丙运载火箭由中国运载火箭技术研究院研     

新型无线电爱好者卫星

1988年6月15日用第一枚阿里安4运载火箭发射的AMSAT-3C卫星,是一颗“无线电爱好者”卫星。发射后20分钟该星与火箭分离。3天后,星上的双组元自燃推进剂上面级发动机点火,将卫星从倾角10度的轨道推到倾角57度,远地点3600公里,近地点1500公里,周期11小时的运行轨道。 AMSAT 3C投入运行后将重新命名为OSCAR13(载有业余无线电台的轨道卫星)。OSCAR13是颗3面、星形、自旋稳定卫星,在轨质量90公斤。太阳能电池初始输出功率40瓦,寿命计划为6年。     

卫星摄影系统象移补偿速高比计算

本文研究了卫星摄影系统象移补偿速高比计算。从飞机上拍摄地面景物时,象移补偿速高此中的速度为地面相对飞机的速度,通常称为地速。但是,从卫星上拍摄地面照片时,如果把速高比中的速度取为地面相对于卫星的速度,则会导出谬误。为此,作者对速高比的定义进行了推广,对于这种拓广的速高比定义,也能适用于从飞机上拍摄地面景物的速高比计算。本文在推导公式过程中,把地球视为旋转椭球体,卫星轨道为椭圆轨道,导出了计算星下点速度和速高比的公式。最后与把地球视为正球体,忽略轨道偏心率的计算结果相比较,速高比的相对误差不超过0.5%。     

单星导航HEO卫星初轨确定算法

HEO(Highly Elliptical Orbit)轨道卫星利用星载GPS(Global Positioning System)进行自主定轨面临的主要难题之一就是解决在单颗导航卫星条件下的初轨确定问题.从理论上分析了利用单颗导航卫星的观测量确定HEO卫星轨道初值的所需满足的条件,指出了利用F.G级数法求解初值存在的问题,提出了一种基于轨道根数约束的迭代批处理算法,该算法无需复杂的数学运算,避免了F.G级数法用短弧资料定初轨时系数矩阵秩亏的影响.仿真结果表明,当先验轨道根数误差在允许范围内取值时,在考虑轨道射入误差的情况下,初值的位置偏差在10⁴ m量级,速度偏差在10⁰ m/s量级,能够根据单颗导航卫星的短弧观测值可靠地完成轨道初值的确定.     

基于Unscented卡尔曼滤波器的近地卫星磁测自主导航

建立了近地卫星高精度轨道动力学模型和10×10阶地磁场模型,分别以地磁场矢量和强度幅值作为观测量,通过Unscented卡尔曼滤波实现自主导航。在采样周期10s,磁强计测量噪声100nT情况下仿真,仿真结果显示以地磁场矢量为观测量时卫星导航误差在卫星前进方向(切向)、轨道法向、卫星径向的分量分别为1km、0.9km、0.3km,而以地磁场强度幅值为观测量时误差分别为1.6km、1.3km、0.5km。