基于倾角修正的太阳同步轨道降交点地方时主动控制及应用

研究通过近圆太阳同步轨道卫星倾角修正控制使卫星降交点地方时反向漂移的方法,给出了控制动力学方程,分析了倾角控制的电源、轨控推力器和地面测控系统等约束条件并提出了轨道控制方案。介绍了我国首次太阳同步轨道卫星大倾角修正控制的在轨实践,对轨道倾角控制精度进行了分析和评估。修正过程中利用陀螺常值漂移对姿态机动的影响,使倾角控制对半长轴产生有利的耦合作用,减少了推进剂消耗。在轨实测结果验证了该法对降交点地方时漂移控制的有效性。     

太阳同步轨道卫星交点地方时漂移估算方法研究

根据我国第一代极轨气象卫星“风云一号”C(FY-1C)星轨道实际观测值，分析了太阳_同步轨道卫星轨道漂移的一般规律，提出了一种简便有效的卫星交点地方时漂移估算方法，并用FY-1C星实际的交点地方时漂移量，对该方法进行了分析和改进。     

太阳同步回归轨道的长期演变与控制

近地轨道的遥感卫星绝大部分都采用太阳同步回归轨道。这类轨道由于受到大气阻力的影响,半长轴将不断地衰变并导致地面轨迹的东漂,为保持回归特性需周期性地对半长轴进行调整。另一类长期变化是太阳引力引起的倾角变化,这是太阳同步轨道特有的。倾角长期的变化又进一步导致回归轨道的标称半长轴和降交点地方时的相应变化。文章给出了这些变化的解析模型以及轨道控制的策略。     

大气环境监测卫星地方时控制策略优化

针对大气环境监测卫星地方时的控制和优化问题，从太阳同步轨道卫星的地方时漂移规律入手，建立了地方时漂移估计模型，给出了通过改变倾角来调节地方时漂移的控制策略。在此基础上，采用遗传算法对控制策略进行了优化，讨论了相关算子的选择，最终得到了燃料有限情况下的最优控制曲线。优化结果表明:不限燃料情况下，大气环境监测卫星可通过寿命内一次倾角控制实现小于6.6 min的地方时偏差。此外，为了保证地方时偏差小于15 min的指标要求，卫星至少需要进行一次0.07°的倾角控制。     

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。     

张衡一号电磁监测试验卫星

正张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)于2018年2月2日从酒泉卫星发射中心发射升空,进入预定圆极地轨道。卫星轨道高度约500km,轨道倾角97°,降交点地方时为14:00,重访周期为5天。张衡一号电磁监测试验卫星是中国全新研制的国家民用航天科研试验卫星,也是中国地球物理场探测卫星计划的首发星,卫星总质量约730kg,设计寿命5年,采用CAST2000卫星平台,     

卫星轨道参数对LEO-LEO掩星事件切点水平漂移影响的仿真研究

对24小时内LEO-LEO掩星事件进行仿真,分析掩星切点水平漂移的特性。研究结果表明,当卫星轨道参数满足倾角互补、升交点赤经之差为180°、卫星轨道高度接近这三个条件时,掩星切点水平漂移较小;一旦偏离这些条件,掩星切点水平漂移将会增大。文中还综合讨论了卫星轨道参数对掩星数量、分布、切点水平漂移、持续时间、相对角速度等的影响,这些分析结果对于提高LEO-LEO掩星数据反演的可靠性和卫星轨道设计具有较高的参考价值。     

晨昏轨道卫星三结砷化镓太阳电池阵功率衰减估计

文章针对空间环境对于GaInP2/InGaAs/Ge太阳电池输出功率衰减影响，以运行轨道高度接近1000km的某晨昏轨道卫星为对象，在分析轨道半长轴与倾角摄动、光照角变化、降交点地方时漂移、日地距离波动等因素的基础上，首先讨论了电池工作温度和输出电流变化，建立太阳电池输出电流拟合模型；提出了发展拟合电流的归一化处理新方法，进行光照角、温度、地球反照归一化，重点减小太阳光源功率波动的影响；最后，利用实际在轨数据进行检验。结果表明，利用新方法得到的电流数据衰减特征明显，一致性较好；太阳电池功率衰减因子约为-1.02×10-5/d，年衰减率约为0.372%；在轨15.5年后，输出功率衰减预测约为6.6%；GaInP2/InGaAs/Ge太阳电池抗辐照性较好，适宜于近地空间长寿命应用场合。该方法可应用于在轨卫星长期测控与管理中的遥测诊断、能源估计与预测、器件健康状态评估等方面。     

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。     

空间目标远距离相对运动的非开普勒特性研究

空间目标相对运动是空间机动的基础,所采用的研究方法是开普勒轨道的扩展与改进。将空间目标相对距离用地心角描述,建立小偏心率假设下两目标地心角表示的相对距离一阶近似解析表达式,讨论了近地轨道空间目标相对距离的周期性,相对距离变化曲线可以看作是一个缓慢变化周期曲线上的快速振荡。分析了考虑摄动影响时相对轨道倾角和轨道交点随时间的漂移,并对长期摄动影响作用下轨道交点的运动进行了分析和计算。依据上述分析,对相对运动的非开普勒特性进行了讨论。
     

中低轨道卫星控制方法

针对中低轨道卫星，对平面内卫星半长轴α、偏心率e和近地点幅角w联合调整，以及平面外轨道倾角调整等进行了理论推导.用α，e，w联合修正法对初始轨道捕获、轨道保持和轨道倾角调整进行的仿真实验结果表明，用α，e，w同时修正可实现高精度的平面内轨道调整。另外，平面外倾角调整应尽可能在近地点和远地点完成，以使对升交点赤经的影响最小。     

升交点赤经与轨道倾角对地球同步卫星地影的影响

为精确预报地球同步卫星地影，根据其发生原理用仿真分析法研究了升交点赤经和轨道倾角两个因素对地影的影响，给出了地影延续时间和最长日期变化等天数曲线。在实际的同步卫星长期管理中运用这些规律，取得了良好的效果。     

圆形太阳同步轨道卫星的空间热环境分析

近年来得到广泛应用的微小型卫星大多运行于圆形的太阳同步轨道,空间外热流的计算对卫星热控制系统的设计至关重要。分析了圆形太阳同步近地轨道受太阳照射的特性,建立了运行于圆形太阳同步轨道的三轴稳定的长方体卫星的外热流模型,归纳了太阳辐射热流、地球反照热流和地球辐射热流的瞬时和周期平均值的计算公式,分析了外热流的变化规律。分析指出太阳同步轨道的受晒特性主要由轨道的降交点地方时决定,外热流中太阳辐射最强,地球反照最弱。通过计算卫星各表面的外热流特性,可选择合适的散热面及太阳能电池安装面。     

一种晨昏轨道卫星地球反照系数估计方法

针对地球反照对太阳同步轨道卫星太阳电池阵输出电流的影响,首先比较不同降交点地方时卫星的太阳电池阵输出电流,分析其变化规律,然后选定晨昏轨道卫星作为研究对象,建立太阳电池阵输出电流模型与地球反照系数估计模型,利用最小二乘法估计电流参数与地球反照系数,最后结合不同季节、不同轨道高度卫星的遥测数据进行在轨验证。结果表明,对于轨道高度在1200km以下的晨昏轨道卫星,地球反照系数在0.05以上;地球反照系数随轨道高度增加呈指数规律衰减,衰减系数约为0.002。     

嫦娥四号动力下降段图像可视化传输方案

针对嫦娥四号降落相机在动力下降段的图像可视化传输需求和深空通信下行数传信道带宽受限的矛盾，文章提出了一种动力下降段速率自适应的可视化图像传输方案，对如何保证降落相机图像下传的实时性、完整性、速率自适应性等关键问题进行了讨论，并对方案中涉及的抽帧回放算法、帧格式识别方法、合路调度算法等关键技术进行了详细说明。同时，文中给出了该方案在嫦娥四号在轨的验证情况，结果表明，在数传通信速率受限的情况下该方案实现了降落相机图像的存储管理和可视化下传，具有实时性高、速率自适应、图像下传完整等特点，可以为其他航天器数据管理系统设计提供参考。     

Large and sharp changes of solar wind dynamic pressure and disturbances of the magnetospheric magnetic field at geosynchronous orbit caused by these variations

The large and sharp changes of solar wind dynamic pressure, found from the INTERBALL-1 satellite and WIND spacecraft data, are compared with simultaneous magnetic field disturbances in the magnetosphere measured by geosynchronous GOES-8, GOES-9, and GOES-10 satellites. For this purpose, about 200 events in the solar wind, associated with sharp changes of the dynamic pressure, were selected from the INTERBALL-1 satellite data obtained during 1996–1999. The large and sharp changes of the solar wind dynamic pressure were shown to result in rapid variations of the magnetic field strength in the outer magnetosphere, the increase (drop) of the solar wind dynamic pressure always lead to an increase (drop) of the geosynchronous magnetic field magnitude. The value of the geomagnetic field variation strongly depends on the local time of the observation point, reaching a maximum value near the noon meridian. It is shown that the direction of the B _z component of the interplanetary magnetic field has virtually no effect on the geomagnetic field variation because of a sharp jump of pressure. The time shift between an event in the solar wind and its response in the magnetosphere at a geosynchronous orbit essentially depends on the inclination of the front of a solar wind disturbance to the Sun-Earth line.     

近地卫星编队构形保持方法

针对J2摄动和大气摄动导致低轨编队卫星构型破坏的情况,基于高斯摄动方程给出了以平均轨道根数为被控制量的脉冲控制模型。利用法向脉冲调整轨道倾角和升交点赤经偏差,在轨道上2个位置施加径向和切向脉冲调整其余轨道根数偏差从而修正卫星编队构形。最后通过数值仿真验证了算法的简单性、有效性。