大面质比空间碎片在太阳光压和引力作用下的轨道演化

分析了较高轨道(a > 10000km)大面质比空间碎片的轨道动力学演化问题. 重点讨论了位于地球同步轨道的空间碎片轨道演化问题, 并给出轨道偏心率 随时间演化的表达式. 通过进一步分析得出, 倾角大于63°26'的GTO轨 道空间碎片, 仅在J₂和第三体摄动影响下, 会出现轨道偏心率升高; 而对 于大面质比空间碎片, 在J₂项和太阳光压同时作用下, 当近地点指向的角 变率与太阳平黄经变化率接近时, 会出现长期共振现象, 导致轨道偏心率升 高, 近地点降低. 分析还得出, 轨道演化过程中, 偏心率的最大值与初始轨 道近地点的指向有关.      

地球静止轨道卫星观测

观测地球静止轨道卫星需要一个足够好的天气条件,然后你装备上望远镜或者双筒镜,可以看到一些卫星群聚在地球静止轨道环上(就是所谓的克拉克轨道,阿瑟·查尔斯·克拉克博士最先提出的)。严格的地球静止轨道卫星的轨道倾角是0°,零偏心率,平均每天转0.002701圈     

基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

利用全球卫星导航系统(GNSS)进行导航定位具有全球、全天候、实时和高精度的优点,应用于高地球轨道(HEO)卫星的定位,能够提供精确的轨道和姿态确定,并且可以克服目前主要利用地面测控系统对HEO卫星进行定位的设备复杂、投资高等缺点,使得自主导航成为可能.本文对利用GNSS的高轨卫星定位相关技术进行了研究,分析了单一GNSS系统和多个GNSS组合系统的卫星可见性、动态性和几何精度因子(GDOP).通过仿真分析表明,利用组合GNSS系统并通过提高GNSS接收机灵敏度的方法,可以解决GNSS进行HEO卫星定位的相关问题,并能保证HEO卫星定位精度的要求.      

首次整星出口水平全面提升尼日利亚通信卫星-1上天并定点

□□2007年5月14日00:01,我国承制的尼日利亚通信卫星-1(NIGCOMSAT-1)由长征-3B火箭发射至近地点为209km、远地点为41951km、轨道倾角为25°的超地球同步转移轨道.这次发射是根据我国与尼日利亚签订的尼日利亚通信卫星-1轨道交付合同实施的,也是我国首次以火箭、卫星及发射支持的整体方式,为国际用户提供商业卫星服务.     

印度成功发射静止轨道运载火箭欲想打入商业发射市场为时尚早

20 0 1年 4月 18日 ,印度成功地发射了其迄今最为强大的首枚“静止卫星运载火箭” (GSL V) ,将 1颗试验通信卫星 Gsat-1送入近地点 180 km、远地点 36 0 0 0 km高的地球静止转移轨道。随后 ,Gsat- 1卫星使用其本身携带的燃料使卫星到达最终的地球静止轨道位置 (但据法新社 4月 2 4日报道 ,Gsat- 1卫星因故障到达了一条周期为 2 3h0 2 min的轨道 )。此举使印度成为世界上继美国、俄罗斯、法国、日本、中国之后第 6个能够独立发射地球静止轨道卫星的国家。不过 ,仅仅在 2 1天前的 3月 2 8日 ,GSL V火箭在印度 Sriharikota岛的 Shar发射…     

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。     

移动通信卫星经济性分析

由小型近地轨道卫星组成星座,实现移动通信服务,是卫星通信发展的重要方向。近地轨道卫星和地球静止轨道卫星用作移动通信卫星网,各有其优缺点。文章从经济性角度对两类卫星网进行了比较,重点是对不同高度的轨道(包括低、中、地球静止)的移动通信系统的空间部分成本——卫星星座的研制成本与发射成本进行分析比较,给出了具体的运算公式和计算结果。其结论是:轨道高度越低,卫星网的成本越高;地球静止轨道卫星网的成本最低。但是,决定是否发展小型近地轨道通信卫星网,不能仅考虑经济因素,还要考虑对技术进步的推动作用。     

通信卫星系列报告之二 21世纪初民用通信广播卫星（下）

2 通信广播卫星发展趋势 2.1 卫星 2.1.1 静止轨道卫星 商用静止轨道卫星主要有以下几种类型:大容量通信卫星、电视直播卫星、手持机通信用的窄带业务通信卫星以及信息高速公路用的宽带业务通信卫星.其用途和地球静止轨道特性决定了它的主要发展方向仍然是大功率、宽频带、长寿命.     

带电卫星寿命问题的讨论

本文利用能量观点,研究了带有电荷的人造卫星在地球引力场和磁场中运行时,在大气阻力作用下的寿命问题。文中推出了带电卫星在圆形轨道上决定生存时间的理论公式,并用理论公式对卫星带电后,对其寿命的影响做了数值估计。     

通信卫生系列报道之二21世纪初民用通信广播卫星(下)

2 通信广播卫星发展趋势 2.1 卫星 2.1.1 静止轨道卫星 商用静止轨道卫星主要有以下几种类型:大容量通信卫星、电视直播卫星、手持机通信用的窄带业务通信卫星以及信息高速公路用的宽带业务通信卫星.其用途和地球静止轨道特性决定了它的主要发展方向仍然是大功率、宽频带、长寿命.     

Analysis of the orbit lifetime of CubeSats in low Earth orbits including periodic variation in drag due to attitude motion

It is estimated that more than 22,300 human-made objects are in orbit around the Earth, with a total mass above 8,400,000 kg. Around 89% of these objects are non-operational and without control, which makes them to be considered orbital debris. These numbers consider only objects with dimensions larger than 10 cm. Besides those numbers, there are also about 2000 operational satellites in orbit nowadays. The space debris represents a hazard to operational satellites and to the space operations. A major concern is that this number is growing, due to new launches and particles generated by collisions. Another important point is that the development of CubeSats has increased exponentially in the last years, increasing the number of objects in space, mainly in the Low Earth Orbits (LEO). Due to the short operational time, CubeSats boost the debris population. One of the requirements for space debris mitigation in LEO is the limitation of the orbital lifetime of the satellites, which needs to be lower than 25 years. However, there are space debris with longer estimated decay time. In LEÓs, the influence of the atmospheric drag is the main orbital perturbation, and is used in maneuvers to increment the losses in the satellite orbital energy, to locate satellites in constellations and to accelerate the decay.The goal of the present research is to study the influence of aerodynamic rotational maneuver in the CubeSat?s orbital lifetime. The rotational axis is orthogonal to the orbital plane of the CubeSat, which generates variations in the ballistic coefficient along the trajectory. The maneuver is proposed to accelerate the decay and to mitigate orbital debris generated by non-operational CubeSats. The panel method is selected to determine the drag coefficient as a function of the flow incident angle and the spinning rate. The pressure distribution is integrated from the satellite faces at hypersonic rarefied flow to calculate the drag coefficient. The mathematical model considers the gravitational potential of the Earth and the deceleration due to drag. To analyze the effects of the rotation during the decay, multiple trajectories were propagated, comparing the results obtained assuming a constant drag coefficient with trajectories where the drag coefficient changes periodically. The initial perigees selected were lower than 400 km of altitude with eccentricities ranging from 0.00 to 0.02. Six values for the angular velocity were applied in the maneuver. The technique of rotating the spacecraft is an interesting solution to increase the orbit decay of a CubeSat without implementing additional de-orbit devices. Significant changes in the decay time are presented due to the increase of the mean drag coefficient calculated by the panel method, when the maneuver is applied, reducing the orbital lifetime, however the results are independent of the angular velocity of the satellite.     

Cosmos 2421卫星解体事件分析

2008年上半年俄罗斯的Cosmos 2421卫星接连发生了三次不同程度的解体, 并产生了数百颗碎片. 本文利用美国公布的Cosmos 2421卫星及其碎片的两行根数系列, 对三次解体事件发生的时间, 解体碎片的轨道分布、速度分布和面积质量比以及寿命等进行了分析, 并对解体碎片对航天器的影响进行了评估. 分析结果表明, Cosmos2421卫星的三次解体事件分别发生在2008年3月14日、4月28日、6月9日; 解体碎片分布在200~1400 km 的高度范围内; Cosmos 2421卫星解体导致的碎片在空间三个方向上的速度增量均值分别为-8.4m/s, 8.6m/s, -8.3m/s; 67\%的解体碎片的寿命都在1年以内, 解体事件造成500 km以下的空间碎片空间密度增加, 对载人航天器产生了影响. 通过对Cosmos 2421卫星解体事件的分析可以看出, 利用解体碎片的轨道信息可以反演解体事件特性, 根据解体碎片的寿命和空间密度分布的计算结果可以评估解体事件对未来发射活动和在轨卫星的影响.      

Estimation of ballistic coefficients of low altitude debris objects from historical two line elements

This paper presents a new method for estimating ballistic coefficients (BCs) of low perigee debris objects from their historical two line elements (TLEs). The method uses the drag perturbation equation of the semi-major axis of the orbit. For an object with perigee altitude below 700 km, the variation in the mean semi-major axis derived from the TLE is mainly caused by the atmospheric drag effect, and therefore is used as the source in the estimation of the ballistic coefficient. The method is tested using the GRACE satellites, and a number of debris objects with external ballistic coefficient values, and agreements of about 10% are achieved.     

一种高效的计算卫星轨道寿命的方法

关于在大气阻力作用下卫星生存寿命的估计 ,提出了一种高效的数值方法 ,称为微分 -积分法。它的实质是以轨道要素的平均变化率为基础的微分方程 ,而方程的右端包含定积分。与传统方法比较验证了此新方法的正确性 ,并且显示了它的极高效率。在诸如空间碎片减缓这种需要非常大量的计算卫星寿命的问题中 ,新方法的价值得到充分体现。     

空间站轨道高度选择

有许多因素影响空间站轨道高度的选择,包括:任务要求,辐射环境,微流星和空间垃圾,空间站构型,运载器能力,发射窗口以及空间站的补给要求等。从补给运输系统性能考虑,要求空间站的轨道高度低一些,但是从轨道维持出发,希望空间站轨道高度高一些。该文讨论了补给、轨道维持和太阳活动对轨道高度的影响,给出了空间站的最佳运行高度。文中还以载人飞船和航天飞机为运输系统进行了数值计算,得到的主要结论是空间站的最佳运行高度不是常数,而是随着太阳活动情况和补给频繁次数变化。在太阳活动高年期间,空间站轨道高度应提高。当空间站的补给次数增加时,空间站的最佳运行高度应该下降。     

基于TLE的Starlink星座第一阶段部署情况分析

近年来,随着卫星技术的快速发展和低轨（low earth orbit,LEO）卫星宽带互联网建设需求的不断增加,低轨大规模星座发展日新月异。针对Starlink星座初始化部署问题,首先论述了“星链”（Starlink）星座现状,分析在轨卫星高度变化。然后利用公开的两行轨道根数（two-line element,TLE）,从卫星发射入轨、轨道面分布两个方面,简要分析了Starlink星座的部署情况,给出升交点的变化规律;同时仿真分析了Starlink星座对地面的覆盖性能。最后,给出星座轨道面和相位分布、故障卫星处置以及可见卫星数量。所分析的结果以期为中国未来部署大规模LEO星座的建设提供借鉴。     

倾斜同步轨道卫星交叉点位置演化及保持

倾斜同步轨道(IGSO)卫星交叉点位置在各种轨道摄动因素和入轨偏差的共同影响下,其交叉点位置会在赤道上发生漂移,这种漂移将导致服务区域的漂移,从而影响系统的性能,因此IGSO卫星需要进行定期的交叉点位置保持来保证服务的稳定。对IGSO卫星交叉点位置的演化和保持问题进行了深入的研究,首先,讨论了IGSO卫星交叉点位置的演化规律,给出了在地球非球形引力、日月引力摄动以及卫星入轨偏差作用下的交叉点位置的演化公式,并分析了公式的精度;接着,在对交叉点位置演化规律的分析基础上,进一步讨论了IGSO卫星交叉点位置保持策略。     

编队飞行卫星群构型保持及初始化

导出了基于相对轨道要素的编队飞行卫星群轨道相对运动控制的轨道机动方程；提出了编队飞行卫星群轨道相对运动控制的轨道机动控制策略，利用不同方向的脉冲控制相对运动的轨道参数，包括轨道平面内机动和轨道平面外机动控制。根据相对轨道要素的变轨机动控制，进行编队飞行卫星群构型的初始化。这样的构型初始化可以视作一次特殊的变轨机动控制，很容易实现编队飞行构型的初始化机动。     

近圆低轨卫星星座相位保持方法

主要研究无轨道高度保持要求的近圆低轨卫星星座相位保持方法.首先根据轨道摄动理论，推导了考虑J2摄动和大气阻尼摄动的卫星相位漂移模型，分别给出基于固定基准星和基于虚拟基准星的相位偏差两种表达方法.在此基础上，按照星座各星轨道衰减一致和不一致两种情况，分别提出两种表示方法理论的和考虑实际控制误差的相位保持策略.通过一个walker星座仿真算例验证了两种方法的有效性.仿真结果显示，两种方法在各星轨道衰减一致和不一致两种情况均可有效完成相位维持任务，当各星轨道衰减一致时两种方法在控制次数和控制总量上无明显差异；在各星轨道衰减不一致情况下，基于固定基准星的相位保持策略更优.     

Accurate orbit predictions for debris orbit manoeuvre using ground-based lasers

Orbit manoeuvre of low Earth orbiting (LEO) debris using ground-based lasers has been proposed as a cost-effective means to avoid debris collisions. This requires the orbit of the debris object to be determined and predicted accurately so that the laser beam can be locked on the debris without the loss of valuable laser operation time. This paper presents the method and results of a short-term accurate LEO (<900 km in altitude) debris orbit prediction study using sparse laser ranging data collected by the EOS Space Debris Tracking System (SDTS). A main development is the estimation of the ballistic coefficients of the LEO objects from their archived long-term two line elements (TLE). When an object is laser tracked for two passes over about 24 h, orbit prediction (OP) accuracy of 10–20 arc seconds for the next 24–48 h can be achieved – the accuracy required for laser debris manoeuvre. The improvements in debris OP accuracy are significant in other applications such as debris conjunction analyses and the realisation of daytime debris laser tracking.